宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个(gè)现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了(le)外部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的(de)气(qì)体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团武警能打过特警吗观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的(de)粒(lì)子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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