宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距鲨鱼裤和打底裤什么区别，鲨鱼裤跟打底有什么区别离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们大部(bù)分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你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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