宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没(méi)有(yǒu)发现任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团(tuán)的(de)尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得(dé)多，按照牛(niú)顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一(yī)次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量了距离(lí)星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力(lì)定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始相信暗(àn)物质的存(cún)在(zài)。科(kē)学(xué)家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质上尉是什么级别，上尉是连长还是营长(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的(de)原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质和力(lì)学定(dìng)律来(lái)解释的。那么(me)又有人上尉是什么级别，上尉是连长还是营长提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同(tóng)尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系(xì)和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量都(dōu)在(zài)星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗(àn)物质大约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的(de)实(shí)验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)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，人们发现了一个有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度(dù)信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半(bàn)年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不(bù)影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而(ér)在(zài)这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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