宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉)部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xī顶到底是一种怎样的体验，顶到宫颈是顶到底什么感觉ng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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