宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人(rén)类(lèi)为(wèi)了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(l感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜ǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹(zī)威基正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结(jié)果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的运(yùn)动速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基(jī)发(fā)现星系团(tuán)中很多星系(xì)的(de)速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发(fā)现它们(men)的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨(guǐ)道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的(de)工(gōng)作方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升(shēng)到(dào)星(xīng)系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应(yīng)的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质(zhì)量之间会产(chǎn)生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年(nián)的(de)子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候(hòu)，发(fā)现(xiàn)它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们(men)之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同的目(mù)标(biāo)粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的(de)情(qíng)况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的(de)情况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个(gè)实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这台太空(感康可以连续吃几天，感康连续吃几天为宜kōng)望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用(yòng)途就(jiù)是探索暗物(wù)质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说是生命进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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