宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需外科鼻祖是谁？要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它(tā)们不(外科鼻祖是谁？bù)参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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