宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星(xīng)系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们(men)通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人(rén)们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的(de)京j属于北京哪个区的车平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是(shì)探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是(shì)我更新的(de)动力！

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