宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是(shì)应用万有引力定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是(shì)在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是(shì)“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在(zài)起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的(de)暗(àn)质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和(hé)力(lì)学定律来解释的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团(tuán)，它们大(dà)部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系(xì)团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是(shì)在中间，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据(jù)。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率三角形中线长公式是什么，中线长公式是什么原因(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影(yǐng)响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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