宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定有未知(zhī)的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)五一最适合带孩子去哪旅游，五一带孩子去哪里好玩。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量(liàng)超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)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)自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的五一最适合带孩子去哪旅游，五一带孩子去哪里好玩微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的(de)，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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