宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各(gè)个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不以可见光的(de)形式所存在，我们(men)无(wú)法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法长征有多长公里 红军长征一共用了几年不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们(men)观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的(长征有多长公里 红军长征一共用了几年de)力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通(tōng)过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了(le)距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能(néng)就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球(qiú)大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质(zhì)，已经被附(fù)近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很(hěn)多人认为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来(lái)验证它的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很(hěn)多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测(cè)者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直接(jiē)证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数量也符合这个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一(yī)个实(shí)验室是一(yī)样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质(zhì)正在(zài)通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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