宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个星系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力少先队的队旗是什么，少先队的队旗是什么组成的量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)少先队的队旗是什么，少先队的队旗是什么组成的之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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