宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体在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(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的(穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物穿着高跟鞋的女奥特曼，穿红色高跟鞋的奥特曼质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。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“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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