宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异(yì)常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗(huì)星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发(fā)星系(xì)团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特在(zài)观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测(cè)的结果却一升等于多少毫升应该是1000，一升等于多少毫升ml(què)让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上(shàng)，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那么(me)产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的(de)微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细(xì一升等于多少毫升应该是1000，一升等于多少毫升ml)测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在(zài)的(de)其他的(de)理论(lùn)证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用(yòng)就会导致温度的(de)急(jí)剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测(cè)到(dào)的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系(xì)当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能(néng)够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里(lǐ)的(de)科学(xué)家(jiā)声称观(guān)测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合(hé)这个(gè)周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新(xīn)的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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