宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中进行(xíng)了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星(xīng)系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对(duì)于(yú)星系(xì)团的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更(gèng)远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人(rén)认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释(shì)的“引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质(zhì)量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的引力(lì)，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发(fā)生(shēng)全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提(tí)取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的(de)增加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什(shén)么(me)？科学家们20分米等于多少米 20分米等于多少厘米已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗(àn)物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度(dù)信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释(shì)，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球(qiú)建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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