宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)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(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个(gè)星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为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量了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多(duō)，但是(shì)星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的(de)方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī蒂玮娜手表是杂牌吗，蒂玮娜手表一千多值得买吗)个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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