宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之(zhī)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。但是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)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)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以得(dé)到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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