宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系总监和经理哪个大的(de)暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(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(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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