宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力(lì)效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生莫问前程上一句是啥 莫问前程的意思: 24px;'>莫问前程上一句是啥 莫问前程的意思(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动力！

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