宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事(shì)情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很多星系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提出了(le)这样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被(bè3寸照片是几x几厘米 3寸照片是多少厘米i)甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)3寸照片是几x几厘米 3寸照片是多少厘米些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各(gè)相同性的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗(àn)物质的(de)本(běn)质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学(xué)实(shí)验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意大利(lì)游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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