宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的(de)时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解(jiě)的(虎眼石怎么辨别真假，虎眼石什么人不能戴de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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