宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光1km等于多少米 1km是不是1公里都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了1km等于多少米 1km是不是1公里最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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