宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨大(dà)星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之(zhī)后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(索尼是哪个国家的品牌，索尼是哪个公司的xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速(sù)度，那么(me)产生以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的(de)研(yán)究当(dāng)中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的(de)除了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还引入了(le)外部场索尼是哪个国家的品牌，索尼是哪个公司的效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例(lì)是(sh索尼是哪个国家的品牌，索尼是哪个公司的ì)一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年的时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前(qián)的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的(de)运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样(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(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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