宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们(men)在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律的时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测(cè)量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的(de)微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的(de)望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(j一kg等于多少斤 1公斤等于2斤吗ght: 24px;'>一kg等于多少斤 1公斤等于2斤吗ìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度(dù)的急(jí)剧升高(gāo)，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出(chū)了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和(hé)标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框(kuāng)架，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的(de)实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不(bù)影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和(hé)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号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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