宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)的时候，他(tā)们就(jiù)会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光(guāng)的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zh阿富汗是不是亡国了ì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的(de)详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的(de)质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验室阿富汗是不是亡国了(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用途就(jiù)是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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