宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的(de)大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú太空浮尸三个人是谁，人死在太空中会腐烂吗)射。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的(de)发(fā)现，除了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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