宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力(lì)是(shì)无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它(tā)们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科(kē)学(xué)家们(men)会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速(sù)度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质(zhì)的存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的(de)工(gōng)作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部(bù)适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的(de)观测结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质(zhì)就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数十种(zhǒng)的(de)假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性(xìng)的(de)发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子(zi)的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致(zhì)的，而适合和合适的区别爱情，适合和合适的区别是什么另外(wài)半年(nián)则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的(de)时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以(yǐ)用(yòng)来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的(de)结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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