宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该(gāi)被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的(de)旋转知道直径怎么求圆的周长公式，直径乘以3.14是周长吗速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也(yě)不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(知道直径怎么求圆的周长公式，直径乘以3.14是周长吗wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所(suǒ)在的(de)中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨(jù)大的形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家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，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据(jù)了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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