宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的(比较长的古诗词，比较长的古诗10句de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)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(sù)度(dù)围(wéi)绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团(tuán)所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就(jiù)是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星(xīng比较长的古诗词，比较长的古诗10句)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互作(zuò)用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这(zhè)可以用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有其(qí)他(tā)的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关(guān)键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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