宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(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。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用万有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的质(zhì)量一般(bān)会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很(hěn)可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论上，该关东煮汤底需要一天一换吗，一元一串的关东煮利润多少星系必(bì)须(xū)存(cún)在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对(duì)其进行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就(jiù)此终结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

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除此之外(wài)，还(hái)有来自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(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架(jià)，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒(lì)子，它(tā)们(men)不(bù)参与任(rèn)何其他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周(zhōu)期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的(de)奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗物质会不(bù)会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是我更(gèng)新的动力！

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