宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知(zhī)的(de)天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测(cè)量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出(ch为什么风流女人看指甲ū)来之后，兹(z为什么风流女人看指甲ī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)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，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过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(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这个周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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