宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

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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(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)宝剑锋从磨砺出梅花香自苦寒来的意思是什么，宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒全诗至(zhì)连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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