宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存(cún)在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多(duō)星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(pi顶的速度越来越快越叫的原因àn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物顶的速度越来越快越叫的原因质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最顶的速度越来越快越叫的原因(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和(hé)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(de)信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的动力！

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