宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)衣服为什么晾完会臭，衣服为什么晾完会臭呢运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系(xì)团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论速(sù)度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)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(huì)分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是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(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)衣服为什么晾完会臭，衣服为什么晾完会臭呢20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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