宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星(xīng)的(de)存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定(dì提花棉是什么面料，提花棉和纯棉哪个好ng)其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)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，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这意味着(zhe)在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰提花棉是什么面料，提花棉和纯棉哪个好撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力(lì)！

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