宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度世界上性功能最强的国家是哪个国家。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原因很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第(dì)一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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