宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量(liàng)后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会(huì)使(shǐ)用到两种一氧化碳密度比空气大还是小 一氧化碳密度小于空气吗方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)一氧化碳密度比空气大还是小 一氧化碳密度小于空气吗速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样(yàng)部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是(shì)当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式是一氧化碳密度比空气大还是小 一氧化碳密度小于空气吗不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人(rén)们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都(dōu)是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理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(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键的(de)用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素(sù)。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大(dà)前提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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