宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系(xì)团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物(wù)质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是(shì)测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合(hé)牛顿俄罗斯为啥打不赢乌克兰，乌克兰为什么这么难打的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看(kàn)不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会(huì)出现速(sù)度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物(wù)质，已经(jīng)被附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过(guò)什么(me)来(lái)验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波(bō)辐射。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收集，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事情。探测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有(yǒu)半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观测(cè)俄罗斯为啥打不赢乌克兰，乌克兰为什么这么难打到的(de)周期性信号。当然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究俄罗斯为啥打不赢乌克兰，乌克兰为什么这么难打(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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