宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力(lì)定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的(de)例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度(dù)比理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引力(lì)是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)宁缺毋滥愿遇良人什么意思，各位看官 皆遇良人什么意思入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

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所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了(le)暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)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分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实(shí)验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着(zhe)银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也(yě)符(fú)合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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