宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？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(zhǎng)期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

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

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系的质量所一语成谶一语成偈是什么意思，一语成谶(yi yu cheng ji )的读音产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女(nǚ)座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却(què)让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们(men)的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度(dù)上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些(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37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的(de)质量将位于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。一语成谶一语成偈是什么意思，一语成谶(yi yu cheng ji )的读音这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参(cān)与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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