宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系的(de)速(sù)度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论上(shàng)要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它(tā)们(men)束缚(fù)在(zài)星系(xì)团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外(wài)了，除非有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象(xi幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会àng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)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用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星(xīng)团(tuán)的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的幸会幸会后面接什么有趣，高情商回复幸会质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度(dù)周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提(tí)供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步(bù)的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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