宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就可以确(què)定其质(zhì)量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这肠粉用什么粉做最好，肠粉一般用什么粉做的种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团观测的(de)时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(肠粉用什么粉做最好，肠粉一般用什么粉做的dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在(zài)每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)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(àn)物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)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(shuō)是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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