宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在(zài)恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上(shàng)升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很(hěn)多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就是测量星(xīng)系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距离(lí)星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度(dù)远(yuǎn)远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以(yǐ别急老师今天晚上随你弄，别急老师来满足你)上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认(rèn)为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的(de)东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们别急老师今天晚上随你弄，别急老师来满足你已经进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除了(le)一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发(fā)现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际(jì)证据。那(nà)么(me)小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动力！

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