宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速(sù)度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

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除此之外，还(hái)有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第(dì)一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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