宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质(zhì)”？暗(àn)物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法(fǎ)来(lái)解(jiě)释(shì)暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的(de)原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物(wù)质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质和力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是(shì)上升(shēng)到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

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径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质(zhì)量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的粒(lì)子，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，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(zhe)地球上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的(de)探(tàn)测(cè)器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河(hé)系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，中国人口第一大省，中国人口第一大省排名它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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