宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiān感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜g)对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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