宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去(qù)的(de)几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn浆水是热性还是凉性的 浆水可以当水喝吗)是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了(le)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)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团浆水是热性还是凉性的 浆水可以当水喝吗的(de)引力透(tòu)镜研究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够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(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不(bù)会(huì)意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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