宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有(yǒu)一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生(shēng)以上画的作者是谁 画的作者是高鼎吗这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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