宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多星姜子牙活了多少岁(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们(men)早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的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(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过(姜子牙活了多少岁guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，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，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)姜子牙活了多少岁着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的(de)动力！

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