宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什(shén)么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力是什么关系叫侄子，侄子算自己后人吗定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定律所取得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(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系(xì)团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心(xīn)更(gèng)远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是(shì)科学(xué)家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的。那么又是什么关系叫侄子，侄子算自己后人吗有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大(dà)的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的(de)其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特征和(hé)第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物(wù)质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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