宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一(yī)个(gè)地方(fāng)，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的(de)形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距(jù)离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提(tí)出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到(dào)底是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数(shù)字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的(de)6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也0是有理数吗还是无理数，0是有理数吗？判断题在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来(lái)解释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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