宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种琪琪格蒙语什么意思(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

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除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期(qī)性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的(de)有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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