宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计(jì)算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，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(zhè)种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并电动仙女棒是什么东西，仙女棒是用来干嘛的不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)电动仙女棒是什么东西，仙女棒是用来干嘛的十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地电动仙女棒是什么东西，仙女棒是用来干嘛的球穿过暗物质(zhì)流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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