宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)几率和机率哪个正确一点，几率和机率有何不同速度上(shàng)的(de)微小差异(yì几率和机率哪个正确一点，几率和机率有何不同)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较(jiào)高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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