宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存(cún)在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其(qí)轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际(jì)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(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在(zài)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(zhèng)据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这东莞属于几线城市(zhè)些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力(lì)！

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