宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是(shì)这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学(xué)家纳粹分子是什么意思们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没有任何星(xīng)系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的(de)物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的(de)普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的(de)引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/L纳粹分子是什么意思IBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大(dà)利游客的数(shù)量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无(wú)法提(tí)供(gōng)相应的数据支持。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“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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