宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些(xiē)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(xì)或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系(xì)聚(jù)集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是(shì)从这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)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(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿(yán)着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙(mé蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子ng)德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在(zài)照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是真的被扭曲了，也(蒙口是什么档次，蒙口是什么档次的牌子yě)不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背(bèi)后(hòu)的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的(de)动力！

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