宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系(xì)当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们(men)发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新(xīn)的动力(lì)！

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