宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗(tā)们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的(de)事情(qíng)。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是(shì)一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一燃气热水器是一直开着还是用时开省电，燃气热水器每天晚上需要关吗台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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