宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引力(lì)是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗物(wù)质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解还不(bù)够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位(wèi)于(yú)所有这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区(qū)域到底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实(shí)验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(x绿肥红瘦暗指什么感情和意思，绿肥红瘦暗指什么意思íng)旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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