宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)一般来讲涨潮和落潮的主要原因是什么，涨潮和落潮的主要原因是什么引力聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存(cún)在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质(zhì)的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了一般来讲涨潮和落潮的主要原因是什么，涨潮和落潮的主要原因是什么引力寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实验室(shì)，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号(hào)的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这(zhè)个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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