宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异(yì)常(cháng)，推算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王(wáng)星(xīng)的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得重大天文(wén)成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这(zhè)些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量一般会(huì)使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各(gè)个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出(chū)星(xīng)系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一(yī)起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工作(zuò)方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星(xīng)际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系团大部(bù)分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不(bù)是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部(bù)的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(t诸葛亮决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁，决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁说出来的í)取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如(rú)果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我们(men)需要的(de)暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(sh诸葛亮决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁，决胜千里之外运筹帷幄之中说的是谁说出来的ān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时(shí)地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银(yín)河(hé)系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一(yī)个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前(qián)提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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