宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)一米等于多少微米等于多少纳米，一厘米等于多少微米的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以一米等于多少微米等于多少纳米，一厘米等于多少微米在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来(lái)验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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