宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天(tiān)文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)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(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出了(le)这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释的(de)。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星团的(de)尺度(dù)，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的概(gài)念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人(rén)认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大(dà)质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所吴亦凡的案件是怎么回事，吴亦凡事件立案了吗(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了(le)超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的(de)周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多(duō)年(nián)的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员(yuán)们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节(jié)与之前的(de)实(shí)验室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的(de)运动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望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(de)结果，我们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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