宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获(huò)得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个(gè)星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质(zhì)和力学(xué)定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域n. v. adj. adv.是啥，英语词性分类12种及缩写到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似(shì)乎n. v. adj. adv.是啥，英语词性分类12种及缩写被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存(cún)在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人(rén)员们(men)所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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