宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(d电流单位1a等于多少毫安，电流1a等于多少mahe)质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量在起作用，这电流单位1a等于多少毫安，电流1a等于多少mah种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)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绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例(lì)是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很好地解(jiě)释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了电流单位1a等于多少毫安，电流1a等于多少mah数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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