宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解(jiě)释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测(cè)量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。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很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致(zhì)温度(dù)的(de)急(jí)剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发(fā)现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了(le)20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)妆前乳是什么东西，妆前乳是啥东西性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大(dà)前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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