宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(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(xīn)加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种什么是等量关系式，什么是等量关系四年级的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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