宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在过去的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大的世界上哪个国家女人最开放质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系(xì)也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银(yín)河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的(de)原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的(de)另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些理论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么(me)来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可(kě)以明(míng)显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下(xià)了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越世界上哪个国家女人最开放暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里的季节(jié)与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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