宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科(kē)学(xué)家(jiā)们在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就(jiù)的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多(duō)，按照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才再一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道(dào)上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数(shù)量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之(zhī)间会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人(rén)认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于(yú)暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的(de)“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)国v是不是国5，国v与国vl的区别的星系(xì)团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通(tōng)过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是(shì)这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量(liàng)气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但(dàn)是为什么(me)暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发(fā)现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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