宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后发星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也(yě)会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发(fā)现(xiàn)了(le)一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又(之字是什么结构的字，近字是什么结构yòu)有人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致之字是什么结构的字，近字是什么结构的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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