宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什么(me)来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

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除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的(de)幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子(zi)所需要(yào)的实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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