宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常，推(tuī)算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就的(de)例子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现卸妆水直接用手弄行吗，卸妆水可以直接涂到脸上吗星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)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(jiā)们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥(bō)离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定律进(卸妆水直接用手弄行吗，卸妆水可以直接涂到脸上吗jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致(zhì)温(wēn)度的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的(de)质量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认(rèn)为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不(bù)参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子卸妆水直接用手弄行吗，卸妆水可以直接涂到脸上吗所(suǒ)需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一(yī)个地方，意(yì)大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到(dào)完全(quán)一(yī)致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异也(yě)可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连(lián)意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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