宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学(xué蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式(shì)是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系和星团的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问(wèn)题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球(qiú)上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在过(guò)去(qù)的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学(xué)家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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