宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)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的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之公杂费包括哪些费用，公杂费包括哪些日用品外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相(xi公杂费包括哪些费用，公杂费包括哪些日用品āng)互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色公杂费包括哪些费用，公杂费包括哪些日用品的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是(shì)一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所观测到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)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)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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