宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的(de)东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的(de)温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着。杨梅是高糖还是低糖，杨梅是高糖还是低糖水果>

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的杨梅是高糖还是低糖，杨梅是高糖还是低糖水果水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流杨梅是高糖还是低糖，杨梅是高糖还是低糖水果的运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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