宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道(dào)的(de)异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

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1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的(de)太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的(de)另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附(fù)近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的(de)理解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质(zhì)存在的其(qí)他的(de)理(lǐ)论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng卡西欧手表是名牌吗，卡西欧手表很掉档次吗)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人类发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一(yī)个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(sh卡西欧手表是名牌吗，卡西欧手表很掉档次吗í)验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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