宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很(结婚以后他那个越来越大了hěn)多星系的(de)速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星结婚以后他那个越来越大了系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)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(dé)理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次(cì)的(de)实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样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，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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