宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)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(chū)了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科(k所想皆所愿,所愿皆所得的意思是什么，所想皆所愿,所愿皆所得的意思英文ē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那(nà)么(me)又有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了(le)各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信(所想皆所愿,所愿皆所得的意思是什么，所想皆所愿,所愿皆所得的意思英文xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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