宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过(guò)引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的(de)质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速(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(xiē)可(kě)见星系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个错一个题就往阴里装一支笔有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应的错一个题就往阴里装一支笔振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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