宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

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

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为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(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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