宇宙(zhòu)是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个(gè)由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道的(de)速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年的规模上，巨大(dà)的(de)质量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部(bù)分(fēn)的(de)普通质量都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并(bìng)不(bù)是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是(shì)普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释(shì)星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的(de)理论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降(jiàng)到(dào)最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为这可(kě)能(néng)是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意(yì)味着我们(men)也在以这(zhè)样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其(qí)他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可(kě)能是(shì)温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de一呼百应吾独尊是什么意思生肖，一呼百应吾独尊代表什么生肖)一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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