宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发(fā)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(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，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的(de)物(wù)质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们(men)所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验(yàn)证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(z泰国相当于中国的哪个省，泰国等于中国哪个省hì)流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对泰国相当于中国的哪个省，泰国等于中国哪个省银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的(de)运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会(huì)意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的(de)大(dà)前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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