宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个领略的意思小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn领略的意思)就此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuá领略的意思n)的引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数(shù)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验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的(de)差异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动(dòng)力！

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