宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测(cè)量星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星(xīng)系中世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家(jiā)声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的(de)时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成(ché世界上傻子最多的国家，哪个国家傻子多ng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力！

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