宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。涂指甲油之前要涂护甲油吗，涂指甲油之前要涂护甲油吗这(zhè)是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结(jié)果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的(de)，而(涂指甲油之前要涂护甲油吗，涂指甲油之前要涂护甲油吗ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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