宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的(de)力(lì)量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在(女生工资多少算正常，女生工资多少算正常zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大(dà)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)高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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