宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)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所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在(zài)研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距嘴巴含胸的感觉知乎(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)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40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全(quán)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(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到(嘴巴含胸的感觉知乎dào)的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规(guī)律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主(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的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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