宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的(de)各个(gè)星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另(lìng)一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)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(yàn)室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在(zài)的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论(lùn)的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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