宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对(duì)于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬(xuán)电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是(s电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗hì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的(de)方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)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普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)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(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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