宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的顶的速度越来越快越叫的原因(de)是在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假(jiǎ)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(de)其(qí)他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河顶的速度越来越快越叫的原因系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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