宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行(xíng)轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系(xì)所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)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形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的(de)过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运行速度(dù)就会(huì)越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸(xī)引它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方法(fǎ)来(lái)解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的两个土上下结构念什么加偏旁，两个土上下结构念什么语音距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么(me)来(lái)验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系两个土上下结构念什么加偏旁，两个土上下结构念什么语音团的引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下(xià)了(le)各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而(ér)另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎两个土上下结构念什么加偏旁，两个土上下结构念什么语音相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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