宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异(yì)常，不符合华大基因是国企吗万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)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(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入(rù)了(le)外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的(de)理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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