宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是(shì)动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种怎样跟情人要钱才不尴尬，怎么问情人要钱的技巧隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果(guǒ)却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星(xīng)系中心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的(de)力(lì)量(liàng)进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，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(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，怎样跟情人要钱才不尴尬，怎么问情人要钱的技巧科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但是(shì)上升到(dào)星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不(bù)同的(de)方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们(men)之间(jiān)的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能(néng)够(gòu)找到这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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