宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的(de)第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(冀g是河北哪里的车牌cún)在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的(de)方式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子弹星(xīng)系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该冀g是河北哪里的车牌是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南半球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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