宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各(gè)个星系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中(zhōng)存(cún)在(zài)的(de)恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年(ni一个避孕套可以用几次，一只避孕套能用几次án)的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜(jì一个避孕套可以用几次，一只避孕套能用几次ng)效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同(tóng)的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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