宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体通(tōng)过引力(lì)在摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研(yán)究和(hé)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(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系被(bèi)引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离Medical staff可数吗，stuff的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同的方式(shì)。对(duì)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的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他(tā)的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看(kàn)到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发(fā)现它的(de)大质量区域(yù)并不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例(lì)是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标粒(lì)子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行移(yí)动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期(qī)信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立(lì)了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为暗Medical staff可数吗，stuff物质所存在(zài)的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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