宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，在星系(xì)当中如果(唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团(tuán)以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(dù)的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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