宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量各(gè)个星系的光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的(de)距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒkono洗发水是哪个国家的品牌，kono洗发水是品牌吗ng)我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多(duō)的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了(le)一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的(de)普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是kono洗发水是哪个国家的品牌，kono洗发水是品牌吗(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有其(qí)他(tā)的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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