宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发一方水等于多少升，一方水等于多少升水现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，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(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的(de)工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系(xì)本(běn)身(shēn)并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形(xíng)看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台(tái)新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当(d一方水等于多少升，一方水等于多少升水āng)中的暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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