宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个耐克品牌和乔丹品牌是什么关系星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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