宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事(shì)情(qíng)就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无法将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(fēi)有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)希思黎什么档次的品牌，希思黎和雅诗兰黛哪个档次高、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经过了(le)1希思黎什么档次的品牌，希思黎和雅诗兰黛哪个档次高30多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同(tóng)性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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