宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

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

第(dì)二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多春有约,花不误,年年岁岁不相负，年年岁岁花相似的全诗句，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的(de)氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速(sù)度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被(bèi)附(fù)近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，春有约,花不误,年年岁岁不相负，年年岁岁花相似的全诗句它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它(tā)的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像(xiàng)进行连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出(chū)了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验室，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号(hào)的差(chà)异也可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室(shì)，这里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前(qián)提(tí)是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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