宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者(zhě)是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的(de)数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于(yú)星系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛(pāo)出星系团(tuán)之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了(le)距(jù)离星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多(duō)的(de)研(yán)究(jiū)人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜(jìng)对(duì)其(qí)进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数百万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让(ràng)很多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它(tā)们大(dà)部(bù)分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之(z感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜hī)间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而(感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常(cháng)规物(wù)质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测(cè)到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可能有其他(tā)的情况，造成(chéng)这(zhè)种年度周(zhōu)期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的(de)季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特(tè)芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在(zài)，它们(men)极有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或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(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先找到暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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