宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个订婚必须一年内结婚吗，订婚后最晚多久结婚星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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