宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得平添和凭添哪个正确，平添的添是什么意思多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的(de)引力(lì)是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致(zhì)力(lì)于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的(平添和凭添哪个正确，平添的添是什么意思de)情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者(zh平添和凭添哪个正确，平添的添是什么意思ě)说是生命进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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