宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是(shì)在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算，是利用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(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力(lì)是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸(xī)引它们，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法(fǎ)来(lái)解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并(bìng)不符合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度(dù)应(yīng)该(gāi)是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以本来无一物何处惹尘埃什么意思爱情，本来无一物,何处惹尘埃什么意思类似的诗句解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光(guāng)年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子(zi)弹星系(xì)团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度(dù)会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子(zi)，它们(men)不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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