宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但(dàn)是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王(wáng)星的发现都是(shì)应用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(shì)在恒星系(xì)统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是(shì)一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数据(jù)是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会(huì)越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在(zài)。科学(xué)家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质量占整个(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的原(yuán)因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的(de)天体和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超(chāo)级巨大自相矛盾选自哪本书作者是谁，自相矛盾选自哪本书作者是谁时期(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体自相矛盾选自哪本书作者是谁，自相矛盾选自哪本书作者是谁时期可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质(zhì)的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰(fēng)值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们需要(yào)的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某自相矛盾选自哪本书作者是谁，自相矛盾选自哪本书作者是谁时期(mǒu)种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释(shì)，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的(de)运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果(guǒ)，我们(men)只能拭目以待(dài)了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意(yì)味着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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