宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng投笔从戎的故事简介，投笔从戎的故事主人公是谁)律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这(zhè)种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)投笔从戎的故事简介，投笔从戎的故事主人公是谁论所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的(de)证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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