宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无(wú)法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们(men)会使用一种相对(duì)标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思。但是科学家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)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(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的(de)第(dì)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(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)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立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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