宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间方阵是什么意思，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的(de)二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证方阵是什么意思据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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