宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量(liàng)"，需(xū)要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6美国管得了比尔盖茨吗万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中美国管得了比尔盖茨吗，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，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被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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