宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(sh一共发生过几次世界大战，一共发生了多少次世界大战í)验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结果却(què)让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)一共发生过几次世界大战，一共发生了多少次世界大战，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东(dōng)一共发生过几次世界大战，一共发生了多少次世界大战西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一(yī)台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗(àn)物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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