宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，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(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(d200克等于多少毫升水，200克是多少ml水à)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(d200克等于多少毫升水，200克是多少ml水e)区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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