宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周围(wéi)一定(dìng)有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需(xū)要的数据是测量家里放什么东西蛇不敢来，家里有蛇放什么东西最怕各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测(cè)量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计(jì)算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文学(xué)家还发(fā)家里放什么东西蛇不敢来，家里有蛇放什么东西最怕现(xiàn)了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的(de)详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常的(de)物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(家里放什么东西蛇不敢来，家里有蛇放什么东西最怕xīng)系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行(xíng)了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个(gè)直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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