宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团的(de)质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物(w蝴蝶会采蜜吗ù)理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

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径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的(de)动力(lì)！

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