宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的(de)天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，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(shì)获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)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)37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测压线扣几分罚款多少的，压线扣多少分？者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物压线扣几分罚款多少的，压线扣多少分？质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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