宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹什么是自主招生初升高，什么是自主招生考试(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn什么是自主招生初升高，什么是自主招生考试)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)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(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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