宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和(hé)测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研(yán)究人(rén)员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的(de)信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)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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