宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对(duì)于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当(适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么dāng)时的人(rén)们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释(shì)的。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(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

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自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了(le)一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球(qiú)建立了(le)一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提(tí)供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的(de)动(dòng)力(lì)！

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