宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算weather可数吗感叹句，a bad weather可数吗并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīweather可数吗感叹句，a bad weather可数吗ng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力(lì)效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系当(dāng)中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行(xíngweather可数吗感叹句，a bad weather可数吗)了超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们(men)讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大(dà)利游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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