宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围(wéi)。

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

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的(de)力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们(men)却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星(xīng)系将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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