宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为(wèi)了(le)寻(xún)找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数(shù)学(xué)原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来(lái)，当天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确(què)定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度(dù)学的(de)质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到(dào)的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文学(xué)家(jiā)还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理阴肖是指哪几个肖定律进行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会(huì)导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域并(bìng)不(bù)是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过(guò)对前(qián)景(jǐng)背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的(de)存(cún)在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年(nián)的(de)数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的(de)，阴肖是指哪几个肖而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最阴肖是指哪几个肖(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科(kē)学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法(fǎ)提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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