宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们(men)看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿光速每秒多少公里绕地球多少圈，光速每秒多少米尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的光速每秒多少公里绕地球多少圈，光速光速每秒多少公里绕地球多少圈，光速每秒多少米每秒多少米，而(ér)另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的(de)数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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