宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去(qù)的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(乌蒙山在哪里属于哪个省，贵州乌蒙山在哪里jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(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(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运(yùn)动所需(xū)要(yào)的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

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所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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