宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们(men)发现(xiàn)某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般(bān)会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是(shì)测量(liàng)各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是动(dòng)力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系相(蓝宝石的寓意是什么xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星(xīng)系团内的(de)，它(tā)们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是(shì)他们(men)观测的(de)结果却(què)让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问题(tí)，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物(wù)质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系(xì)进行移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们(men)所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的(de)差异(yì)也可能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的(de)视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物(wù)质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力(lì)！

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