宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们(men)，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定律(lǜ)。我们的(de)太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是(shì)这些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是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(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附(fù)近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊(shū)的(de)效果，这个(gè)理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的(de)东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dān4开头的是哪个省，4打头身份证是哪里g)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示温(wēn)度较高的(de)区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的理论(lùn)框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不(bù)到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的4开头的是哪个省，4打头身份证是哪里周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台(tái)太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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