宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)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引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)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(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射(shè)的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗2100是平年还是闰年，2100是平年还是闰年最佳答案(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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