宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第三悬臂之上，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(xíng)计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星(xīng)轨道的(de)速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身平凡的世界主要内容概括简短，平凡的世界主要内容50字并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的(de)效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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