宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)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，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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