宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这(zhè)个理论叫做(硝酸银的相对原子质量是多少整数，硝酸银的相对原子zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的(de)黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在的实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验(yàn)方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意(yì)大利的(de)格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数(shù)据(jù)支(zhī)持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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