宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)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(de)发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系(xì)团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人(rén)们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是(shì)他(tā)们观测的结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的(de)遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是(shì)可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任(rèn)何星系存在(zài)。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星(xīng)系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两侧(cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较冷(lěng)的(de)区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如(rú)果(guǒ)宇(yǔ)宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星(xīng)系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影响(xi拔冗莅临是什么意思boronnijijiao，拔冗莅临是什么意思？ 词语ǎng)这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的(de)周期(qī)性信号。当然(拔冗莅临是什么意思boronnijijiao，拔冗莅临是什么意思？ 词语rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)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(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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