宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中(zhōng)的各(gè)个星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方(fāng)法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因很(hěn)可能就是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗(àn)物(wù)质的(de)存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng一句话气死嫉妒你的人，嫉妒心太重的人一般是怎样的人)运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的(de)方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的(de)光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大(dà)的(de)天(tiān)体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引力(lì)透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还有来(lái)自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后，可见光终于可以畅(chàng)通(tōng)一句话气死嫉妒你的人，嫉妒心太重的人一般是怎样的人无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了(le)很多不同的观测结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以(yǐ)如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到了暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在(zài)每年的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳(yáng)的方向正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游客的(de)数量也符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它(tā)们(men)极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样的(de)效应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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