宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之(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(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的(de)气(qì)体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其一立方米等于多少立方毫米怎么算，一立方米等于多少立方毫米分米他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实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究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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