宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能(néng)在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)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，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质(zhì)量区域(yù)到底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验(yàn)方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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