宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这(zhè)种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才再一次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在(zài)其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了(le)一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而世界上性功能最强的国家是哪个国家是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇(y世界上性功能最强的国家是哪个国家ǔ)宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找这些不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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