宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常2l是多少毫升 2l是多少升的(de)星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意(yì)味着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的2l是多少毫升 2l是多少升事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的(de)差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的(de)实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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