宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到(dào)星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(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，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并不是(shì)在中将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年当中，人(rén)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(hù)作用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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