宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的49是质数还是合数为什么是奇数，49是质数还是合数为什么不是奇数方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力！

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