宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量(liàng)之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)15mm等于多少厘米 15mm等于多少微米系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个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(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数(shù)量也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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