宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的(螺蛳粉去掉酸笋还臭吗，螺蛳粉是汤臭还是笋臭de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的(de)工作方式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行(xíng)星(xīn螺蛳粉去掉酸笋还臭吗，螺蛳粉是汤臭还是笋臭g)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)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(yú)暗物质存(cún)在的其他的(de)理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发(fā)现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红(hóng)色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河(hé)系的方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外(wài)半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙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(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到(dào)暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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