宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的(de)质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(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)中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰龙有几个爪 龙有两个根吗撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是(shì)集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于龙有几个爪 龙有两个根吗找到(dào)了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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