宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，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(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估(gū)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(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)回复好和好的的区别在哪里，好,好的区别的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月回复好和好的的区别在哪里，好,好的区别降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力！

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