宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)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(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法n. v. adj. adv.是啥，英语词性分类12种及缩写将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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