宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除(chú)了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两中还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)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(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的(de)证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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