宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)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(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学德先生赛先生指的是什么人，五四运动德先生赛先生指的是什么家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的(de)东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)德先生赛先生指的是什么人，五四运动德先生赛先生指的是什么，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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