宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万有引力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系(xì)团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的(de)质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就(jiù)会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是海明威为什么要结束自己的生命，海明威为何结束生命根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多(duō)的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质的存(cún)在。科学(xué)家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的(de)。那(nà)么又有人提出，也(yě)许该星系的暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效(xiào)应(yīng)的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系的(de)气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值图像进行(xíng)连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们(men)需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼(lóu)高海明威为什么要结束自己的生命，海明威为何结束生海明威为什么要结束自己的生命，海明威为何结束生命命的探测(cè)器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一(yī)个有趣(qù)的事(shì)情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的(de)，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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