宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中kono洗发水是哪个国家的品牌，kono洗发水是品牌吗天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动速度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系(xì)和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理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)光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)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(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是普通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)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。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个(gè)实验室(shì)是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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