宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现了(le)一个反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了(le)各相同性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了(le)很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)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(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前阿富汗玉为什么便宜，阿富汗玉为什么不值钱的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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