宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄(shè)动它(tā)的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行(xíng)速(sù)度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互(hù)作用则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引入了(le)外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tó函数奇偶性加减乘除判定口诀，指数函数奇偶性的判断口诀ng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何实(shí函数奇偶性加减乘除判定口诀，指数函数奇偶性的判断口诀)质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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