宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在(zài)。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结(jié)。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗(àn)物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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