宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般(bān)会(huì)使用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)knocked什么意思，knocking什么意思的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能(néng)就(jiù)是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不(bù)是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科(kē)学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)knocked什么意思，knocking什么意思信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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