宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)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(wù)质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用则(zé)是(shì)不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或赓续前行是什么意思，赓续前进的意思者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们(men)之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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