宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗(àn)物(wù)质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西的(de)引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解(jiě)释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的(de)数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(10万元在朝鲜算有钱吗，在朝鲜买一套房多少钱fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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