宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)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，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)阴肖是指哪几个肖度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)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剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了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是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解(jiě)释了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的(de)动阴肖是指哪几个肖力！

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