宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来，当天文(wén)学家(jiā)们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的(de)质量。这是一个(gè)由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大星(xīng)系团，这些(xiē)星系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数(shù)据是(shì)测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的(de)质量。只是(shì)当时的人(rén)们(men)对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的(de)旋转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在着(zhe)一(yī)种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以马云移民到哪国籍用(yòng)正常的物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是不同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在行星系(xì)尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨(jù)大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的(de)其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量(liàng)的东(dōng)西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天(tiān)体可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地(dì)穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部(bù)分表示温度(dù)较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)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(shù)字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(z马云移民到哪国籍ài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是(shì)温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实验(yàn)室正(zhèng)好(hǎo)相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说是(shì)生命进化的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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