宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存(cún)在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还(定向直招士官到底是不是坑，定向直招士官是个坑亲身经历hái)有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差定向直招士官到底是不是坑，定向直招士官是个坑亲身经历(chà)只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到(dào)了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的(de)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(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的(de)差异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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