宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的2000克是多少斤 2000克等于多少公斤研(yán)究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的(de)测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应(yīn2000克是多少斤 2000克等于多少公斤g)的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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