宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量瑀瑀独行是什么意思？怎么读，瑀瑀独行啥意思区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一(yī)个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的(de)数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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