宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学(xué)原理一书(shū冰箱1到5哪个最冷，冰箱1最冷还是5最冷)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的(de)方法来(lái)解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太(tài)阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的(de)微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气冰箱1到5哪个最冷，冰箱1最冷还是5最冷(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能有其他的(de)情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力(lì)！

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