宇宙是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但是科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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