宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的叮铃铃和叮呤呤，《叮铃铃》光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的(de)力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在(zài)宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/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(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuá叮铃铃和叮呤呤，《叮铃铃》n)大部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年(nián)的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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