宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特(tè)在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)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(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河(保温杯突然间不保温了是什么原因呢，保温杯突然间不保温了是什么原因呢hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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