宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这(zhè)些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系(xì)的(de)速(sù)度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)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(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量(liàng)却只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团(tuán)观测的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。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(bù)同(tóng)的(de)观测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物质(zhì)相互(hù)作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学观音山上观山水下联是什么，观音山有下联了获奖名单(xué)实验室(shì)，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年(nián)度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期(qī)信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽观音山上观山水下联是什么，观音山有下联了获奖名单视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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