宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运(yùn)行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量公元1世纪是哪一年到哪一年，公元1世纪是什么年代都在星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高(gāo)的(de)探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)公元1世纪是哪一年到哪一年，公元1世纪是什么年代类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(s公元1世纪是哪一年到哪一年，公元1世纪是什么年代hí)候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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