宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学(xué)定(dìng)律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围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)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示数学中e等于多少，高中数学中e等于多少温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什(数学中e等于多少，高中数学中e等于多少shén)么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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