宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系(xì)所组(zǔ)成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外(wài)了(le)，除非有(yǒu)一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外(wài)围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的(de)是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离后(hòu)的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型艾特是什么意思的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这(zhè)可能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相艾特是什么意思对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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