宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的(de)物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引(yǐ猎德村为什么那么有钱，猎德村以前很穷吗n)入(rù)了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/猎德村为什么那么有钱，猎德村以前很穷吗小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都猎德村为什么那么有钱，猎德村以前很穷吗发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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