宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？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(jù)，科学(xué)家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果一(yī)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"，需要的数据疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别是测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学(xué)质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结(jié)果却(què)让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的(de)物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是(shì)这(zhè)样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会(huì)产(chǎn)生周(zhōu)期性的年(nián)度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个(gè)理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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