宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

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

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就是(shì)存(cún)在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无头发剪了后悔了大概多久能长回来，3天头发长10厘米秘诀阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也(yě)可(kě)能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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