宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团(tuán)中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离(lí)的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但(dàn)是学生级和届怎么区分，毕业的级和届怎么区分星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)学生级和届怎么区分，毕业的级和届怎么区分物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥远的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于(yú)可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的(de)增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动力！

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