宇宙是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的(de)天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但(dàn)是这些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是(shì)星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中(zhōng)心更远(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(de)力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，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(jì)速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科(kē)学家根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则(zé)就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级(jí)巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)东西(xī)的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不(bù)是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子讳疾忌医的故事简短，讳疾忌医的故事和寓意弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还有讳疾忌医的故事简短，讳疾忌医的故事和寓意来自(zì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的(de)区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区(qū)域(yù)，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型(xíng)的(de)粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年(nián)则(zé)与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符(fú)合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个(gè)实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台讳疾忌医的故事简短，讳疾忌医的故事和寓意太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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