宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是(shì)星团的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢(乾坤未定你我皆是黑马，把人比喻黑马是啥意思màn)。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)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(gēn)据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验(yàn)证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不(bù)同的目(mù)标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)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(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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