宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质康师傅是哪国的牌子？存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量(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(shén)么(me)来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全(quán)一(yī)致康师傅是哪国的牌子？，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到(dào)了(le)最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的(de)结果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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