宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次(cì)的(de)长期(qī)实(shí)验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了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(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)戊申年是哪一年an style='color: #ff0000; line-height: 24px;'>戊申年是哪一年，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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