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(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测量后发(fā)星系(xì)团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其(qí)轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却(què)让人感到不可思(sī)议(yì)。

随(suí)着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们(men)，这些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数量(liàng)却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙(méng)德理论所(非常漂亮英文怎么写单词，非常漂亮英文怎么写怎么读suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片(piàn)中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星(xīng)系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了(le)什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天(tiān)体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一(yī)致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个(gè)实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高的(de)探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据(jù)收(shōu)集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度(dù)围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的(de)方向是(shì)一致(zhì)的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释，研究人(rén)员(yuán)们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的证据了。但(dàn)是(shì)由于这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会(huì)不会意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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