宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在(zài)过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)中国的中西部地区是指哪几个省市，中国中西部是哪些地方，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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