宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测施为什么读yi什么意思，施怎么读啊量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(z施为什么读yi什么意思，施怎么读啊ī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星(xīng)数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它(tā)的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)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，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射的(de)测(cè)量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验(yàn)室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视(shì)场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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