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(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数(shù)千个星系(xì)所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微小差(chà)异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应(yīng)的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存(cún)在的(de)其(qí)他(tā)的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶此非彼是什么意思，此 非彼 是什么意思怎么读(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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