宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是一个(gè)由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)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(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

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于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大质(zhì)量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色(sè音域划分从低到高，人声音域划分)的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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