宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变(biàn科兴是美国的还是中国的)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质(zhì)量。只是(shì)当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一(yī)样。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(shì)为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物(wù)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(xiāng)同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提(tí)供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前(qián)提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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