宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相互作用就会导(dǎo)致厦门有几个区，厦门有几个区分别叫什么温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是(shì)在中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了(le)130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应(yīng)的数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提(tí)是要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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