宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的(de)天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)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(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系(xì)所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系(xì)团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到。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)多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非有(yǒu)一(yī)种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yù一亿等于10的几次方万，一亿等于10的几次方元n)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在(zài)星一亿等于10的几次方万，一亿等于10的几次方元(xīng)系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在(zài)的物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的(de)普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是(shì)暗物质存在(zài)的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的(de)理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大(dà)约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星(xīng)运动所需(xū)要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的(de)第一个直接证据。一亿等于10的几次方万，一亿等于10的几次方元p>

但(dàn)是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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