宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却(què)占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对(duì)这(zhè)样(yàng)的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看(kàn)不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河(hé)系不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)做出贡献，做出贡献与作出贡献的区别在哪到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)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(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流(liú)的运(yùn)动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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