宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的(de)质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的(de)区(qū)域(yù)，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应(yīng)该(gāi)是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节崤什么时候读yao佳肴，崤什么时候读与(yǔ)之前的实(shí)验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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