宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要的(de)数据(jù)是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动(dòng)速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们(men)的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在(zài)着一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时候，发现它(tā)的(de)大质(zhì)量(liàng)区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的(de但使龙城飞将在,不教胡马渡阴山的意思是什么，但使龙城飞将在不教胡马渡阴山的意思)碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰(fēng)值(zhí)的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与(yǔ)解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很(hěn)多(duō)不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

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自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人(rén)们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可以用来(lái)解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的(de)实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟(g但使龙城飞将在,不教胡马渡阴山的意思是什么，但使龙城飞将在不教胡马渡阴山的意思ēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视(shì)野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步(bù)的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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