宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和(hé)测(cè)量(liàng)后发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是(shì)一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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