宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质(zhì)会(huì)不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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