宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng切成两半的鸡蛋可以放微波炉吗，微波炉热鸡蛋如何不炸)远镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)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间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的切成两半的鸡蛋可以放微波炉吗，微波炉热鸡蛋如何不炸暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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