宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

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

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的(de)速度比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们(men)却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互(hù)作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似(sh不羡鸳鸯不羡仙下一句，不羡鸳鸯不羡仙,只羡白发苍苍有人牵ì)乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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