宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运(yùn)行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是(shì)这些发现都是在(zài)恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一(yī)种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系(xì)团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的(坚持做核酸有无必要，有没有必要做核酸de)物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿(dùn)的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如(rú)果出现(xiàn)异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是科学家(jiā)们(men)通(tōng)过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度(dù)的原因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始(shǐ)，越来(lái)越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它(tā)的(de)附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了(le)暗(àn)物质的假(jiǎ)说(shuō)之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是(shì)人类(lèi)对引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光(guān坚持做核酸有无必要，有没有必要做核酸g)年的(de)规(guī)模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的(de)子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团(tuán)观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

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，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释星系当中恒(héng)星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任(rèn)何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以(yǐ)来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在的非常有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视场仪器(qì)提供的(de)视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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