宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范围。

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

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到商业用电多少钱一度 商业用电跟住宅用电有什么区别，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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