宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗(àn)物质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是(sh戴偏旁是戈还是十字旁，戴偏旁是戈还是十一画ì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出(chū)，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，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存(戴偏旁是戈还是十字旁，戴偏旁是戈还是十一画cún)在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的(de)速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可(kě)以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是(shì)由于这个实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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