宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了(le)很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观(guān)测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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