宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科(kē)学家(jiā)还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的(de)普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和(hé)我们(men)地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者(zhě)是(shì)暗物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了中间，暗(àn)物质则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以这(zhè)样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意(yì)大(dà)利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物(wù)质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造(zào俄罗斯乌克兰什么时候结束战争)生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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