宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却(què)没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一(yī)致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

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

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来源于某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(除牛反绒是真皮吗，二层牛皮除牛反绒是真皮吗xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了(le)距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的(de)第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么(me)产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算(suàn)在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附(fù)近(jìn)没(méi)有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们(men)需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系(xì)团大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来(lái)验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所除牛反绒是真皮吗，二层牛皮除牛反绒是真皮吗以最好(hǎo)的(de)解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在两(liǎng)边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测(cè)量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出了数(shù)十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿井当中，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而(ér)另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到(dào)了(le)最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立(lì)了一(yī)个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在(zài)这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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