宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过(guò)去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学(xué)质(zhì)量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多(duō)星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解宝马和特斯拉哪个档次高释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的(de)太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提(tí)出，也许(xǔ)该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还(hái)有关(guān)于(yú)暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用就会(huì)导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相(xiāng)宝马和特斯拉哪个档次高同性的(de)微波辐射。其中(zhōng)红色的部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质(zhì)会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人(rén)类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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