宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(d廉贞是什么意思，廉贞七杀是什么意思ào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)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恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们(men)观测(cè)的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们(men)通过(guò)什(shén)么(me)来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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