宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会(huì)出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太戴自动蝴蝶去上班感受，带自动蝴蝶去上班空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理戴自动蝴蝶去上班感受，带自动蝴蝶去上班论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正在通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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