宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这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两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù三生有幸遇见你下一句怎么接，三生有幸遇见你下一句幽默)到的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在(zài)的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没(méi)有任(rèn)何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng三生有幸遇见你下一句怎么接，三生有幸遇见你下一句幽默)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际上它(tā)们(men)之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量也符(fú)合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)三生有幸遇见你下一句怎么接，三生有幸遇见你下一句幽默，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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