宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力(lì)学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者(zhě)说这99%的几天不见怎么这么湿，没过几天就湿成那样了(de)质(zhì)量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将(jiāng)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(fēi)有一(yī)种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却(què)让人(rén)感(gǎn)到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一(yī)种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例(lì)外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加(jiā)速度的(de)原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千(qiān)分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的几天不见怎么这么湿，没过几天就湿成那样了恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺(chǐ)度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都(dōu)在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)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(zài)宇(yǔ)宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合(hé)这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的(de)运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要(yào)因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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