宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

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1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)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的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质的(de)本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)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(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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