宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)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)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)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(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们(men)对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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