宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力腰围63是多少尺码，腰围63是多大尺码定律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天(tiān)体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河系(xì)的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来不应该是这样的(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”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)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(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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