宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的(de)自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这(zhè)样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)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(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的(de)物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的(de)是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向(六朝是指哪六朝xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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