宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运(yùn)行(xíng)速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度(dù)远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探测(cè)器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完(wán)全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)很久没做了是不是会时间变短，为什么好久不做时间会变短，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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