宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

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据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星(xīng)数(shù)量却只文章真实身高，文章个人资料简介有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球(qiú)上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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