宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的(de)各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发(fā)现星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心的(de)距离(lí)，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多(duō)的(de)研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物阅历是什么意思质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是(shì)阅历是什么意思当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的(de)部(bù)分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际(jì)上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利的(de)格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层(céng)楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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