宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存(cún)在(zài)的(de)证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中很(hěn)多(duō)星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速(sù)度(dù)，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反(fǎn)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(duō)，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物(wù)质(zhì)，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概(gài)念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作(zuò)用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当(dāng)星团发生全部的(de)碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该(gāi)是(shì)这(zhè)样(yàng)的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落(luò)的(de)行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力！

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