宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天文学(xué)家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团(tuán)，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来(lái)验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的(de)时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万(wàn)分之吉H是哪里的车牌号，吉h是哪个城市的车牌一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星(xīng)系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当(dāng)于(yú)找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么？科学家们已经提出(chū)了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完全一致，这(zhè)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(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)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可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合(hé)这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动(dòng)特(tè)征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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