宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据(jù)。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在恒(héng)星系统(tǒng)的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系团之(zhī)外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当时的(de)人(rén)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(gè)词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来(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，科学家们会(huì)使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗(àn)物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的(de)另一个(gè)大星系(xì)剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一(yī)样。一二婚和剩女哪个干净，女性生理需求些科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度围(wéi)绕太(tài)阳进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期(qī)信号的(de)差异也(yě)可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一(yī)个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们(men)极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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