宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在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(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的(de)非常有力的(de)证据(jù)了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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