宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们(men)发现(xiàn三氧化硫是酸性氧化物吗，二氧化碳和二氧化硫是酸性氧化物吗)某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候，他们(men)就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的(de)质量所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远距离(lí)的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么产(chǎn)生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能(néng)就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互(hù)作(zuò)用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域(yù)到底是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在三氧化硫是酸性氧化物吗，二氧化碳和二氧化硫是酸性氧化物吗(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上(shàng)留(liú)下(xià)了各(gè)相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng三氧化硫是酸性氧化物吗，二氧化碳和二氧化硫是酸性氧化物吗)系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室(shì)，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动(dòng)，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时(shí)段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以(yǐ)用来解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们(men)又在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存(cún)在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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