宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)定向直招士官到底是不是坑，定向直招士官是个坑亲身经历座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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