宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学(xué)家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的(de)天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定(dìng)律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的(de)巨(jù)大星系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被引力(lì)束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得(dé)其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了(le)，word中1.5倍行间距相当于多少磅，word1.25倍行距是多少磅“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质量所产生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家(jiā)根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗(àn)物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的(de)物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类(lèi)对引(yǐn)力的(de)理解(jiě)还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会(huì)产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存在的其(qí)他的(de)理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大(dà)部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被(bèi)拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的解释方法就是当星团(tuánword中1.5倍行间距相当于多少磅，word1.25倍行距是多少磅)发生全部的碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的(de)二(èr)值图像进行连(lián)通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用(yòng)了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同(tóng)的(de)观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)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(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到(dào)底存(cún)不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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