宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量(诞辰是指活人还是死人，诞辰和生日的区别liàng)。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的(de)结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附(fù)近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方式。对于在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是(shì)诞辰是指活人还是死人，诞辰和生日的区别超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后(hòu)的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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