宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我(wǒ)们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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