宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们(men)通过(guò)什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是(shì)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(zhì)量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)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(cè)到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

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所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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