宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵做出贡献，做出贡献与作出贡献的区别在哪了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)做出贡献，做出贡献与作出贡献的区别在哪升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大(dà)质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视(shì)野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步(bù)的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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