宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星萝卜丁是最贵的口红吗，世界十大奢华口红品牌(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在萝卜丁是最贵的口红吗，世界十大奢华口红品牌(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的萝卜丁是最贵的口红吗，世界十大奢华口红品牌观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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