宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是不走心是啥意思，不走心是啥意思网络用语一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、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(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度(dù)远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却(què)只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是(shì)人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)不走心是啥意思，不走心是啥意思网络用语观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以得到(dào)相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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