宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动(dcos135度等于多少啊带根号，cos150度等于多少啊òng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论上要快cos135度等于多少啊带根号，cos150度等于多少啊得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的力(lì)量(liàng)在起作(zuò)用(yòng)，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

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据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)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(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质(zhì)量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会(huì)导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验(yàn)，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观(guān)测(cè)到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效(xiào)应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推论的大(dà)前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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