宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们(men)在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知(zhī)的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒(lēi)维(wéi)耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光(guāng)的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非(fēi)有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dān戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时g)时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没(méi)有(yǒu)足够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着一种我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质(zhì)，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星(xīng)团，它(tā)们戊时是几点，戊时是几点到几点钟的时大部分的(de)普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的(de)质(zhì)量将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我(wǒ)们通过什(shén)么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身(shēn)并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究(jiū)也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为(wèi)止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不(bù)参与任何(hé)其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却(què)没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水(shuǐ)分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果(guǒ)这(zhè)一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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