宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)悲痛和悲恸的区别在哪，比悲伤更高级的词并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

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所以在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的(de)观测者之间(jiān)。被(bèi)一个(gè)质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立(lì)了(le)一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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