宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科(kē)学(xué)家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不符(fú)合(hé)万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或(huò)者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质电热毯可以水洗吗，电热毯怎么清洗量的范(fàn)围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只是当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，该星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就(jiù)是人类对引力的理解还不够(gòu)全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这(zhè)样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它(tā)的大(dà)质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是(shì)一致(zhì)的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需(xū)要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进(jìn)行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差异(yì)也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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