宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量(liàng)占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还(hái)发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解(jiě)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(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的(de)中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到(dào)的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法昆仑山在哪个省哪个市，昆仑山在哪个省哪个市哪个县提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过(guò)这(zhè)样(yàng)的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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