宇宙(zhòu)是“人(rén)为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

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自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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