宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据(jù)。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天体通过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的(de)形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在(zài)星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间的(de)相互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的(de)质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所(suǒ)在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么(me)来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超防碍哪个字错了，防碍哪个字错了并改正级巨大的天体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的(de)暗(àn)物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物(wù)质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好达到完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗物质流最(zuì)快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器(qì)提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中防碍哪个字错了，防碍哪个字错了并改正心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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