宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星的(de)存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜皇太极的父皇是谁，清朝历代帝王顺序表测量了距离星系中心(xīn)更远距离的(de)氢元素，皇太极的父皇是谁，清朝历代帝王顺序表发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度(dù)的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力(lì)学(xué)定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，皇太极的父皇是谁，清朝历代帝王顺序表引(yǐn)力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质(zhì)的(de)本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同(tóng)时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥(ào)秘(mì)，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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