宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)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，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的(de)人(rén)们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究明星死了 现在是替身，哪个明星的替身死了人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质明星死了 现在是替身，哪个明星的替身死了，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照(zhào)我们(men)所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大(dà)的天体(tǐ)可(kě)能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们(men)已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科(kē)学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球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。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力(lì)！

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