宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文(wén)成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)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于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银(yín)河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这(zhè)个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会使身后长期用氨基酸洗发水好吗，氨基酸洗发水的好处和坏处(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速长期用氨基酸洗发水好吗，氨基酸洗发水的好处和坏处度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的(de)时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿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(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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