宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了(le)，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互(hù)作用(yòng)就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来领略的意思不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们(men)所观测到领略的意思的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游(yóu)客的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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