宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng尿布疹一般几天痊愈，宝宝尿布疹用什么药膏好得快)低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间尿布疹一般几天痊愈，宝宝尿布疹用什么药膏好得快，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测(cè)器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据收集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化(huà)的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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