宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的(de)存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质和力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tō为什么复兴号很少人买ng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一(yī)个实(shí)验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步(bù)的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力！

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