宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却(què)没有发(fā)现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的(de)方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的结婚时还是处的多吗，结婚还是处的有多少东西(xī)的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的(de)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(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的(de)结婚时还是处的多吗，结婚还是处的有多少时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈结婚时还是处的多吗，结婚还是处的有多少现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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