宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系或者(zhě)是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)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(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观(guān)测(cè)的(de)时候(hòu)，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们(men)通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地(dì)方，意大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大(dà)的(de)地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中奶啤是什么做的，奶啤是什么做的酒，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的(de)差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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