宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)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在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家们(men)会(huì)使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全(quán)部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声(shēng)称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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