宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在(zài)科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中很多(duō)星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了(le)这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在(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)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在的(de)恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他(tā)的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在(zài)星系的(de)气体当(dāng)中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的(de)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。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直致力(lì)于(yú)寻维多利亚的秘密什么档次，维多利亚的秘密算什么档次找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)维多利亚的秘密什么档次，维多利亚的秘密算什么档次远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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