宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的(de)几十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

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(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝(j淘淘氧棉属于什么档次，七度空间属于什么档次ué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常的物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附近没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数(shù)百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会(huì)产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那么(me)我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的二值图(tú)像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标(biāo)记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单(dān)的(de)理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当(dāng)中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的存在(zài)，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了(le)寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程(chéng)中会(huì)产(chǎn)生相应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观测(cè)到(dào)的周期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分(fēn)、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也(yě)符(fú)合(hé)这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了(le)一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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