宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系(xì)统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一般会(huì)使用(yòng)到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在(zài)观(guān)测(cè)仙(xiān)女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量(liàng)占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用(yòng)则(zé)是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的(de)理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域并不(bù)是在(zài)中间，而戴choker就是m吗，戴choker什么意思是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为(wè戴choker就是m吗，戴choker什么意思i)止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的(de)差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期的(de)规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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