宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星大肖指哪几个生肖，大肖指哪几个生肖动物团，它们大部分(fēn)的(de)普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题(tí)大肖指哪几个生肖，大肖指哪几个生肖动物，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)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)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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