宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们(men)需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在(z岳飞是哪个朝代的人，岳飞是哪个朝代的皇上ài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个(gè)重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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