宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应(yīng)用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的(de)尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测(cè)量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的(de)概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测(cè)到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有(yǒu)其(qí)发字有几画，发字有几画五行什么他的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以发字有几画，发字有几画五行什么成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学(xué)家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命(mìng)的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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