宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科(kē)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(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们(men)已经提出了(le)数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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