宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系20分米等于多少米 20分米等于多少厘米的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和我(wǒ)们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的(de)数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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