宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)13上下红中间白的国旗是哪个国家的 国旗可以随便挂吗0多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方(fāng)，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都是一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得(dé)到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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