宇宙是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天(tiān)王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后发星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可(kě)见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的太(tài)阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在(zài)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详(xiáng)细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空(kōng)间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本(běn)身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng复刻版是正品吗，复刻是不是假货的意思)系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的(de)迄今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多(duō)不(bù)同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个(gè)实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就(jiù)可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所(suǒ)存(cún)在(zài)的非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发(fā)现，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步(bù)的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应创复刻版是正品吗，复刻是不是假货的意思造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)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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