宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却(què)让人感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

外国人那方面确实很厉害吗，嫁给外国人会不会撑坏所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物(wù)质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间外国人那方面确实很厉害吗，嫁给外国人会不会撑坏(jiān)中的工作方式(shì)是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的(de)观(guān)测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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