宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科(kē)学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学(xué)数(shù)学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它(tā)们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的(de)旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多(duō)的(de)研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母外恒(héng)星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的(de)研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的(de)物(wù)质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域(yù)，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多(duō)不同(tóng)的(de)观(guān)测(cè)结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力(lì)美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号美国各州的缩写是什么，美国各州缩写英文字母。经过(guò)了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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