宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一(yī)个地(dì)方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且(qiě)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(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却(què)让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)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(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多星系似乎阿富汗是哪一年灭亡的被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动(d阿富汗是哪一年灭亡的òng)特征和第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相(xiāng)应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)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琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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