宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)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，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛(几率还是机率 概率和几率一样吗niú)顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却(què)只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特(tè)殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这几率还是机率 概率和几率一样吗些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题(tí)，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并不是(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，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年(nián)之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示(shì)温(wēn)度(dù)较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的(de)格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系(xì)进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我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(de)振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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