宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(z防碍哪个字错了，防碍哪个字错了并改正ài)研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的(de)理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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