宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的(de)规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星(xīng)系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到不(bù)可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(20mm等于多少厘米 20mm是多大xiàn)星系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮(zhē)挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了(le)这个区域，并在(zài)两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年(nián)之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景(jǐng)上(shàng)留下了(le)各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻(x20mm等于多少厘米 20mm是多大ún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗(àn)物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性信(xìn)号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立(lì)了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实(shí)验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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