宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却(què)没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感(gǎn)到不可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因(yīn)很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有(yǒu)任(rèn)何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部分的(de)普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

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除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速(sù)度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生(shēng)命的(de)诞(dà正、异、新，正异新的区分n)生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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