宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些发(fā)现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释(shì)的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示温(wēn)度(dù)较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年(niá100ml酒是几两，100ml小酒瓶是几两n)的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半(bàn)球建立(lì)了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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