宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分(fēn)不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(d将进酒为何读qiang，陈道明朗诵《将进酒》āng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景背景分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本(běn)质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)将进酒为何读qiang，陈道明朗诵《将进酒》际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望(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，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的一个重(zhòng将进酒为何读qiang，陈道明朗诵《将进酒》)要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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