宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)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(yì)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(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以(yǐ)可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(说唱歌手的cypher是什么意思，说唱cyber是什么意思tè)在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了(le)一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但(dàn)是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存说唱歌手的cypher是什么意思，说唱cyber是什么意思在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着(zhe)它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要(yào)的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解释，研(yán)究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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