宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度(dù)。<两只小兔子吸红肿了，两只头头被吸肿了/p>

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们(men)会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物(wù)质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出(chū)了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域(yù)并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳两只小兔子吸红肿了，两只头头被吸肿了(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实(shí)验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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