宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的(de)计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的(de)运(yùn)动(dòng)速度。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系(xì)的(de)质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时(shí)的人(rén)们(men)对这样的(de)一种说法不(bù)屑一(yī)顾。1分米等于多少米，1分米等于多少米厘米p>

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合(hé)牛(niú)顿的(de)力学定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的(de)星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银(yín)河系的千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其1分米等于多少米，1分米等于多少米厘米进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类(lèi)似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个(gè)巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背1分米等于多少米，1分米等于多少米厘米景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的(de)方(fāng)向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘(mì)的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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