宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维错一个题就往阴里装一支笔耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的(de)质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律错一个题就往阴里装一支笔(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小(xiǎo)和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是(shì)不同的(de)，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么(me)暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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