宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动(dòng)速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)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(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论(lù恋爱初期很平淡还有必要谈吗，有男朋友却感觉不像在谈恋爱n)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方法恋爱初期很平淡还有必要谈吗，有男朋友却感觉不像在谈恋爱就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需(xū)要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到恋爱初期很平淡还有必要谈吗，有男朋友却感觉不像在谈恋爱底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的(de)运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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