宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的(de)存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样(yàng)的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动(dòng)力！

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