宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的(de)例子(zi)。但是这些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测量各个星系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒(héng)星(xīng)运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银(yín)河系(xì)的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会(huì)出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的(de)轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方(fāng双曲线abc的关系公式，双曲线abc的关系式是怎么得来的)式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方(fāng)式(shì)。对于在(zài)星系团之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊(s双曲线abc的关系公式，双曲线abc的关系式是怎么得来的hū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之(zhī)外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下(xià)了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

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(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的(de)6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么(me)如(rú)果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的(de)水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的(de)动力(lì)！

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