宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它(tā)的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质(zhì)。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的(de为什么白洞比黑洞恐怖，白洞和黑洞哪个更可怕)实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一(yī)个有趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而为什么白洞比黑洞恐怖，白洞和黑洞哪个更可怕且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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