宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàn见贤思齐下一句是啥，见贤思齐下一句论语g)升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来(lái)吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(x见贤思齐下一句是啥，见贤思齐下一句论语iào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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