宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有9一般一个家庭一个月用多少吨水，一吨水多少钱9%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的(de)原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在(zài)的(de)恒(héng)星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)一般一个家庭一个月用多少吨水，一吨水多少钱的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季(jì)节(jié)与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力(lì)！

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