宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(l夜游鸟可以吃吗，夜游鸟吃了有什么好处éi)彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的各个(gè)星系相对(duì)于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿夜游鸟可以吃吗，夜游鸟吃了有什么好处的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它(tā)们(men)的旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在(zài)。造(zào)成这些现象的(de)除了(le)暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中(zhōng)的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人(rén)认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生夜游鸟可以吃吗，夜游鸟吃了有什么好处(shēng)周期性的(de)年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)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，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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