宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)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(gāi)被抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先(xi黑头导出液是智商税吗，刷酸后黑头全冒出来了可以挤吗ān)进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德(dé)理论所(suǒ)没(méi)法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。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(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想目(mù)标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和(hé)第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力(lì)！

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