宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)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。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)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(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正(z六朝是指哪六朝hèng)在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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