宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团，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到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计(jì)算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一个大星系(xì)剥离(lí)了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家(jiā)还引入(rù)了(le)外部场效应的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通过(guò)什么(me)来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域(yù)提(tí)取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他(tā)的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年(nián)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(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(ch开心的笑了是地还是得，开心地笑是什么笑uān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河系(xì)的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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