宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定(dìng)有未知的天(tiā刚和别人做完回家能发现吗，刚和别人做完能从外表看出来吗n)体通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确(què)定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一(yī)种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距(jù)离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存(cún)在(zài)的(de)恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银(yín)河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是(shì)在数(shù)百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些星系本身并(bìng)不是(shì)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(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最(z刚和别人做完回家能发现吗，刚和别人做完能从外表看出来吗uì)好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当中恒星(xīng)运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互作用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数(shù)十(shí)种的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么(me)暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时(shí)候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年度(dù)周期信号(hào)的(de)差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或者说是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会(huì)不会意味着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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