宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)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(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相对于星系(xì)团(tuán)的运动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有一(yī)种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，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)不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼一般一个家庭一个月用多少吨水，一吨水多少钱此特(tè)殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的(de)中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是(shì)当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)对前(qián)景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实(shí)验(yàn)方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大(dà)的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科(一般一个家庭一个月用多少吨水，一吨水多少钱kē)学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的(de)情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大(dà)利游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非常有力的(de)证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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