宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因很事与愿违下一句是什么 事与愿违是什么意思可能就(jiù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)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(yòu)以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力(lì)！

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