宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这样部浆水是热性还是凉性的 浆水可以当水喝吗分(fēn)不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的(de)研(yán)究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会(huì)支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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