宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的(de)几十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng甘为人梯的意思是什么意思，甘为人梯出处)大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量一般(bān)会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛(pāo)出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发(fā)散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只是当(dāng)时的(de)人(rén)们(men)对这样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们观(guān)测(cè)的(de)结果却(què)让人(rén)感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系(xì)存(cún)在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们(men)地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的(de)天体遮挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是(shì)超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接(jiē)通(tōng)过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够(gòu)找到(dào)这种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到(dào)了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的(de)实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年(nián)的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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