宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般(bān)会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已(yǐ)经提出了数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的(de)实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第(d自家养一只人工苏卡达违法吗，养了10年的苏卡达算犯法吗ì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，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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