宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量sand可数吗还是不可数，thousand可数吗结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观(guān)测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了sand可数吗还是不可数，thousand可数吗某种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实(shí)验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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