宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)武警能打过特警吗的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但武警能打过特警吗实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，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(fā)射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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