宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通域(yù)提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的(de)假想目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué皇太极的父皇是谁，清朝历代帝王顺序表)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)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(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射(shè)一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到暗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不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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