宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却(què)没有发现任何的有效证据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天(tiān)体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移(yí)测量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不中国一共有多少万亿钱可见的暗(àn)质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大(dà)于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对(duì)现在的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的(de)中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测(cè)到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了(le)很多(duō)不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到(dào)了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验方式也(yě)不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī中国一共有多少万亿钱)山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也(yě)在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个(gè)过(guò)程中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质(zhì)流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可(kě)以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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