宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟(jìng)是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发现任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星(xīng)系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系(xì)相对于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束(shù)缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一(yī)种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn凸面镜和凹面镜成像的特点是什么呢，凸面镜与凹面镜成像特点)的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎(hū)保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足(zú)够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太(tài)阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中存在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个(gè)大星(xīng)系(xì)剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着我们(men)需(xū)要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速(sù)度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么(me)来验(yàn)证它的(de)质量区域到底是不是(shì)集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照片(piàn)中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥(yáo)远的天(tiān)体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而(ér)是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们(men)通过(guò)对前(qián)景背景分离后的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提(tí)取和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗物(wù)质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子(zi)到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

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

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着凸面镜和凹面镜成像的特点是什么呢，凸面镜与凹面镜成像特点银(yín)河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他(tā)的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物(wù)质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能(néng)拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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