宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中(zh酒红色是哪几个颜色调出来的ōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却(què)让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量之后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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