宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán快递公司几点下班，派送员晚上多晚不送了)中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的(de)恒(héng)星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)快递公司几点下班，派送员晚上多晚不送了地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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