宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系(xì)的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的(de)引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不(bù)同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年(nián)的规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们(men)通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和(hé)我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老(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(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的(de)理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了(le)很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到了暗物质(zhì)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(tí)出了(le)数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期(qī)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)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差(ch山登绝顶我为峰全诗李白，最霸气的十首诗à)异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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