宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星(xīng)系团的(de)质量(liàng)一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们(men)观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科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质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是(shì)唯一可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发高级合伙人律师一年收入多少，律师合伙人分几级生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是(shì)生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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