宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它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(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

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据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

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于是科学家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我虎头是什么奢侈品牌，老虎头是什么奢侈品牌们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)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(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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