宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)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)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大(dà)部大家真的都放不进脉动瓶口吗，一般进得去脉动瓶口吗分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之大家真的都放不进脉动瓶口吗，一般进得去脉动瓶口吗(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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