宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到(dào)星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特(tè)福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们需要(yào)对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的(de)气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而刚和别人做完回家能发现吗，刚和别人做完能从外表看出来吗随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗(àn)物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪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(màn)太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的(de)诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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