宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们(men)在过去(qù)的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存(cún)在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束(shù)缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的enjoy可数吗，joy可不可数'>enjoy可数吗，joy可不可数运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了(le)什(shén)么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味(wèi)着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我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移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力！

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