宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天(tiān)文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存(cún)在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可(kě)能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同(tóng)的(de)方式(shì)。对于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要(yào)对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà音域划分从低到高，人声音域划分)的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是音域划分从低到高，人声音域划分(shì)暗物质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部(bù)分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万(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提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称(chēng)观测到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到(dào)的周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé音域划分从低到高，人声音域划分)第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的(de)证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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