宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观(guān)测的(de)结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系(xì)旋(xuán)转，这个(gè)实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲好来与黑人是一个牌子吗，黑人包装为什么是好来了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味(wèi)着。

用了(le)一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科(kē)学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)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论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号(hào)的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的(de)运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn好来与黑人是一个牌子吗，黑人包装为什么是好来)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落(luò)的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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