宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也让很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则20mm等于多少厘米 20mm是多大表示相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生命进化(huà)的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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