宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的(de)数据是(shì)测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

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据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡上一休一是什么意思，上一休一的工作好还是8小时好(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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