宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们(men)在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的(de)质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(什么是艾里斯ABC理论 艾里斯abc理论提出的时间dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星(xīng)系团(tuán)内(nèi)的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不(bù)可(kě)见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了(le)距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了(le)一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析(xī)。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个(gè)小时的详细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的(de)天(tiān)体会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之(zhī)间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理什么是艾里斯ABC理论 艾里斯abc理论提出的时间论证据，这(zhè)些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的(de)被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西(xī)的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就(jiù)相当于找到(dào)了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒(lì)子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们(men)发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移(yí)动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来(lái)解(jiě)释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实验(yàn)室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得(dé)到进一(yī)步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的(de)行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提(tí)是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更新(xīn)的动力(lì)！

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