宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表(biǎo)了(le)万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光音域划分从低到高，人声音域划分，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球(qiú)上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提(tí)取和(hé)标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)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(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质(zhì)流最快的(de)时段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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