宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发(fā)表了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(d刽子手，刽子手念gui还是念kuai读音òng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现(xiàn)星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥(yáo)远星(xīng)系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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