宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的(de)是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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