宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物)么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温(wēn)差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生(shēng)周期(qī)性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在(zài)以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应(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(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物质将军三箭定天山指的是谁定天下，将军三箭定天山说的是哪位历史人物背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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