宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力(lì)效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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