宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系(xì)统的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在德国有多大面积，德国相当于中国哪个省研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)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(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们(men)的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的(de)实(shí)验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)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)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味(wèi)着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的动力！

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