宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系(xì)和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的(de)是(shì)在压缩面膜和普通面膜哪个好，牛奶泡压缩面膜可以天天用吗数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zh压缩面膜和普通面膜哪个好，牛奶泡压缩面膜可以天天用吗ōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第(dì)一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其(qí)中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒子(zi)天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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