宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星(xīng)系(xì)相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)两只小白兔在衬衫里抖来抖去，老师两只大兔子来回晃银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发(f两只小白兔在衬衫里抖来抖去，老师两只大兔子来回晃ā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温(wēn)度较(jiào)高的(de)区域，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节两只小白兔在衬衫里抖来抖去，老师两只大兔子来回晃与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)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(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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