宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十(shí)年当(dāng)中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈(hā)雷彗(huì)星(xīng)一般一个家庭一个月用多少吨水，一吨水多少钱、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的(de)光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学(xué)家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当(dāng)一般一个家庭一个月用多少吨水，一吨水多少钱人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地(dì)解释了(le)很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(chà)异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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