宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千(全国有多少个省市自治区和直辖市 全国有多少个地级市qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它(tā)们(men)之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)2全国有多少个省市自治区和直辖市 全国有多少个地级市0年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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