宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道(dào)出现(xiàn)异常(cháng)，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个(gè)星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词(cí)才(cái)再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这(zhè)个现象(xiàng)的(de)原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是(shì)科学家们(men)使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差(chà)只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和标记(jì)之后(hòu)发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要的(de)暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们(men)已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测(cè)到了(le)某种信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀中山有多少个镇区，中山有多少个镇区,都叫什么名和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(中山有多少个镇区，中山有多少个镇区,都叫什么名mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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