宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大(dà)的(de)质(zhì)量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实不拘于时句式类型，不拘于时句式还原际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质(zhì)和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什(shén)么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留(liú)下(xià)了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实(sh不拘于时句式类型，不拘于时句式还原í)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的(de)目(mù)标粒(lì)子(zi)所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)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(gōng)相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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