宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

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(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的(de)运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离高铁允许携带多少香烟，高铁有规定可以带多少烟地球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了(le)40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的(de)除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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