宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)速溶黑咖啡粉是纯咖啡吗，黑咖啡配料表写着速溶咖啡粉恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望速溶黑咖啡粉是纯咖啡吗，黑咖啡配料表写着速溶咖啡粉远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个速溶黑咖啡粉是纯咖啡吗，黑咖啡配料表写着速溶咖啡粉简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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