宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)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(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人(rén)们(men)对(duì)这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(m印第安人还存在吗，印第安人现在还有没有en)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现印第安人还存在吗，印第安人现在还有没有象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通质量都在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起(印第安人还存在吗，印第安人现在还有没有qǐ)来(lái)不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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