宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百(bǎi)年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就(jiù)是存在(zài)着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现(xiàn)速度(dù)上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度(dù)中(zhōng)的(de)天体会沿着它们(men)的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MON外面黑里面粉会介意吗，为啥我对象外面黑的里面发红D蒙德理(lǐ)论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过(guò)了这(zhè)个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了一(yī)个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实(shí)验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里外面黑里面粉会介意吗，为啥我对象外面黑的里面发红可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动(dòng)力！

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