宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng承蒙不弃,余生尽予什么意思，承蒙不弃,余生尽予的意思)系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还(hái)引入(rù)了(le)外部(bù)场效(xiào)应的概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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