宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出(chū)版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道(dào)上(shàng)的运行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的(de)氢元素，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(tài)阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个(gè)星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多马美如简介(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存(cún)在，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年(nián)的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)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(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信(xìn)号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的数(shù)量(liàng)也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节马美如简介与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得(dé)到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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