宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文(wén)成就的例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使(shǐ)用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度的(de)原因很可能就(jiù)是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银(yín)河系不(bù)多，但是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的(de)另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式(shì)是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的(de)相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨中国有几个党派，中国有几个党派组织大的质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其(qí)他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质(zhì)中国有几个党派，中国有几个党派组织量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移(yí)动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持(chí)是我更(gèng)新的动力！

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