宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)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。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(l害人精类似的三字词，像害人精这样的三字成语你还知道哪些ùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

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所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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