宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原两害相权取其轻,两利相权取其重，两权相害取其轻正确说法是什么意思因(yīn)很可能(néng)就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一两害相权取其轻,两利相权取其重，两权相害取其轻正确说法是什么意思起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透两害相权取其轻,两利相权取其重，两权相害取其轻正确说法是什么意思镜。对子(zi)弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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