宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和(hé)测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量(liàng)的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可(kě)见光的(de)形式所(suǒ)存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地(dì)球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工(gōng)作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的(de)观女生有感觉了是怎么样的呢测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现它的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不(bù)是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是女生有感觉了是怎么样的呢普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多(duō)不同的观测结(jié)果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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