宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出公杂费包括哪些费用，公杂费包括哪些日用品(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是(shì)存(cún)在着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的(de)天体会沿着它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之(zhī)间会产生(shēng)对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为(wèi)暗物(wù)质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙(zhòu)公杂费包括哪些费用，公杂费包括哪些日用品大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示温度(dù)较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在(zài)着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系(xì)进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)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，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场仪器提(tí)供的视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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