宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)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，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāocpb属于哪个档次的，cpb属于什么档次的)准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的(de)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是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么？科学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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