宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十年(nián)当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

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所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多人(rén)认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力公元800年中国是什么朝代建立的，中国各个朝代时间表透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)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(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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