宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的(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。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论框架找对象硬性条件是什么意思，硬性条件是啥意思，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo找对象硬性条件是什么意思，硬性条件是啥意思)落的行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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