宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相对标准的方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)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量进(jìn)入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气(qì)体俄罗斯乌克兰什么时候结束战争当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信(xìn)号的差异(yì)也可能(néng)俄罗斯乌克兰什么时候结束战争是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费(fèi)米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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