宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或(hu一本书多重，一本书多重有一斤吗ò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是(shì)科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在(zài)数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实(shí)验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越一本书多重，一本书多重有一斤吗暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实(shí)，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？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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