宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据(jù)。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很(hěn)多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到(dào)不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量(liàng)占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定律来解(jiě)释的(de)。那么又有人(rén)提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理(lǐ)解831143是什么意思的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效831143是什么意思应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团(tuán)，由两个(gè)碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质(zhì)就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那(nà)么(me)如果暗物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流，这个过程(ché831143是什么意思ng)中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游(yóu)客的数量(liàng)也(yě)符(fú)合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第(dì)一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证(zhèng)据(jù)了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还(hái)无法提(tí)供(gōng)相应(yīng)的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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