宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却(què)没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)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)家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

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

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚(fù)在星系团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星(xīng)早(zǎo)就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出(chū)现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另宝马和特斯拉哪个档次高外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的(de)质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射(shè)的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不(bù)同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观(guān)测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中(z宝马和特斯拉哪个档次高hōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动力！

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