宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的(de)有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的(de)假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在(zài)星(xīng)系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之(zhī)间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，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)能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着(zhe)银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他三大改造的内容和意义，简述三大改造的内容(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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