宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为卧室放wifi有什么危害知乎，wifi放在卧室里有害吗了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物(wù)质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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