宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据(jù)。除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当苏三起解的故事，苏三起解的故事简介(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物质。

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据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质(zhì)粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们(men)又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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