宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度(dù)。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作(zuò)用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)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，那么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原(yuán)因(yīn)很可(kě)能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运(yùn)动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到(dào)的质量气(qì)体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了(le)这个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留(liú)下了各相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区(qū)域，蓝色则(zé)表示相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处(chù)的(de)地(dì)下doi的时候怎么夹，doi是怎么夹矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也符合这个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有(yǒu)力的(de)证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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