宇宙是(shì)“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有(yǒu)发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的(de)运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产(chǎn)生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(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的(de)结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系(xì)的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全(quán)面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间(jiān)区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间(jiān)，暗物质则直接(丁二醇和丙二醇是不是酒精jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜研(yán)究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与解(jiě)释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每(měi)年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如丁二醇和丙二醇是不是酒精果在(zài)这里(lǐ)可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论(lùn)得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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