宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

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据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的(de)工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我天润奶啤有度数吗，天润奶啤千万别喝(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就(jiù)意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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