宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天(tiān)体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)结果一(yī)致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说(shuō)这99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的(de)增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种(zhǒng)方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们(men)通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中，科(kē)学(xué)家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可(kě)能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这(zhè)些(xiē)发(fā)现也让很多人认(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(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们(men)大部分的普通质量都(dōu)在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互作用(yòng)就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什么(me)来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望(wàng)远镜传回(huí)了(le)宇宙当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并(bìng)在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们(men)通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简单(dān)的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们(men)已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗(3ce是什么档次，3ce是什么档次的牌子àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现3ce是什么档次，3ce是什么档次的牌子(xiàn)了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认(rèn)为这可(kě)能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的(de)第一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致(zhì)的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发(fā)射一(yī)台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞生(shēng)，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会(huì)不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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