宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力(lì)束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗(àn)物质存在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)不甚是什么意思解释，不甚了然是什么意思候(hòu)，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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