宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是(shì)星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这样(yàng)部(bù)分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实(shí)际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物质的(de)质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解(jiě)释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引力的(de)理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则(zé)是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引(yǐn)入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在(zài)星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导致温(wēn)度的急(jí)剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团(tuán)大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过什么来验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的质量(liàng)气(qì)体被卡在(zài)了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温(wēn)度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存(cún)在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒(lì)子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的(de)实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地(dì)学实(shí)验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地碳酸银是不是沉淀 碳酸银在水中是沉淀吗球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份(fèn)的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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