宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)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(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的(de)原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的(de)周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新(xīn)的动力！

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