宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子(zi)。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星(xīng)团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度俄罗斯乌克兰什么时候结束战争的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元(yuán)素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科(kē)学(xué)家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气体所在(zài)的中(zhōng)间区(qū)域(yù)。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子所需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理俄罗斯乌克兰什么时候结束战争论上(shàng)地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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