宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

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(shì)一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测(cè)量各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算(suàn)，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动每天男生会拉我到没人的位置，对象一到没人的地方就抱我(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数(shù)百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在(zài)的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星(xīng)系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研究人(rén)员们所观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存(cún)在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)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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