宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异大闹飞云浦是谁，水浒传大闹飞云浦是谁了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是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(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大大闹飞云浦是谁，水浒传大闹飞云浦是谁的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号(hào)的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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