宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论(lùn)就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存(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(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降(ji六朝是指哪六朝àng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的(de)时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无(wú)法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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