宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是可怜天下父母心的全诗的意思，可怜天下父母心的意思一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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