宇宙是“人为(wèi)制(zhì)造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者(zhě)是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的(de)过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质(zhì)量。只(zh可惜天空不作美的意思，天空不作美的意思下一句ǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足(zú)够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应(yīng)将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨道(dào)的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力(lì)学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的(de)另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大(dà)部分(fēn)的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系(xì)本(běn)身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光可惜天空不作美的意思，天空不作美的意思下一句终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多(duō)不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提出(chū)了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却(què)没有任何(hé)实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一个(gè)有(yǒu)趣的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每年的(de)6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人(rén)员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、可惜天空不作美的意思，天空不作美的意思下一句土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的(de)证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的(de)暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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