宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进(12是什么意思jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向12是什么意思正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新(xīn)的动(dòng)力！

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