宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束(shù)缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来(lái)解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的(de)力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，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望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在(zài)的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了李白《江湖行》全诗及翻译注释，李白《江湖行》全诗及翻译。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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