宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)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(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一(yī)致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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