宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原(yuán)理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异(yì)常(cháng)，不符合(hé)万有引(yǐn)力定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王(wáng)星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发(fā)现都是(shì)应用万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其(qí)"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类(lèi)对(duì)引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力(lì)很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应的概念，c上标3下标5怎么算公式，c上标2下标5怎么算指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年(nián)的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并(bìng)不(bù)是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自(zì)宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了(le)数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常有力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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