宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(1米等于多少mm 1米等于多少厘米xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度(dù)的(de)急剧升(shēng)高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì1米等于多少mm 1米等于多少厘米)慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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