宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科(kē)学(xué)家(jiā)们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物(wù)质和力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在的(de)其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

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除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分表示温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的二(èr)值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们聚丙烯和聚乙烯有什么区别，二聚环戊二烯(men)已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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