宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是(shì知道直径怎么求圆的周长公式，直径乘以3.14是周长吗)什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当(dāng)时(shí)的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒(héng)星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的(de)其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最(zuì)好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色(sè)的部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间(jiān)的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗(àn)物质比例(lì)是(shì)一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是(shì)一样(yàng)。一(yī)些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号(hào)的差(chà)异(yì)也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗(àn)物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键的(de)用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的动力(lì)！

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