宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了(le)超过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未知(zhī)的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各(gè)个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使用一(yī)种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望远镜测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河系(xì)的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际(jì)速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员(yuán)开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星系(xì)质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银(yín)河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的恒星数量却(què)只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造(zào)成这(zhè)些现象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需(xū)要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么我们(men)通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们(men)之间的温(wēn)差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用(yòng)了(le)一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存(cún)在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式(shì)也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这(z缺少父爱的女生易恋上什么人，缺父爱的女孩子不会谈恋爱hè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为(wèi)这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一个(gè)重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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