宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论为什么复兴号很少人买(lùn)上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区(qū)域。那么我(wǒ)们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情况，造(zào)成这种年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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