宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大(dà)的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所顺丰首重是多少公斤多少钱，顺丰首重是多少公斤续重多少钱在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合(hé)这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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