宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天(tiān)体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

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于是(shì)科学家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人(rén)认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)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法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了(le)各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记(jì)之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的速(sù)度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗(àn)来分期倒闭了吗 来分期被国家处理了吗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一(yī)个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的(de)大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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