宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了(le)唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了(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)无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的(de)速度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距唯物主义者和唯心主义者什么意思，唯心主义者是啥离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其(qí)他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并(bìng)不(bù)是(shì)真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了(le)这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗(àn)物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当(dāng)中每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这(zhè)可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系(xì)的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的(de)周期(qī)性(xìng)信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力(lì)！

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