宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里(lǐ)茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确(què)定其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们(men)之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(10公斤滚筒洗衣机尺寸长宽高，一般洗衣机的尺寸是多少厘米fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。10公斤滚筒洗衣机尺寸长宽高，一般洗衣机的尺寸是多少厘米10公斤滚筒洗衣机尺寸长宽高，一般洗衣机的尺寸是多少厘米为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待(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究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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