宇(yǔ)宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系(xì)的(de)光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系天女散花的姿势是怎样的，男女之间天女散花是什么意思团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说天女散花的姿势是怎样的，男女之间天女散花是什么意思这99%的质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的(de)质(zhì)量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、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。只是当时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系(xì)聚(jù)集在了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现速(sù)度上(shàng)的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的(de)，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的(de)理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着(zhe)暗(àn)物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物(wù)质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周期信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运(yùn)动(dòng)特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的(de)宽(kuān)视场(chǎng)仪(yí)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(kōng)望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力(lì)！

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