宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有发现任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成的巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

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

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系(xì)团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产生(shēng)的引力(lì)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星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思(sī)议(yì)。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离(lí)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(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着一种我们(men)看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这空调匹数越大越费电吗，30平米客厅2匹空调够用吗时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指的(de)是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这样极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区(qū)域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表示(shì)温度较(jiào)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差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目(mù)标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验(yàn)，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不影响这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿(chuān)过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行(xíng)星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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