宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学(x定向直招士官到底是不是坑，定向直招士官是个坑亲身经历ué)质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结(jié)果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速(sù)度的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不(bù)同的(de)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上(shàng)升到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将位(wèi)于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲(qū)了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使身后(hòu)更(gèng)遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的(de)本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生(shēn定向直招士官到底是不是坑，定向直招士官是个坑亲身经历g)命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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