宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系(xì)团中很多星系的(de)速度比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在(zài)星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这(zhè)种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距(jù)离星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速(sù)度(dù)的原(yuán)因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的(de)研究当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的(de)假说之外，另一种可能(néng)就(jiù)是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫本初是谁做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量(liàng)都在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透(tòu)镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除本初是谁此(cǐ)之外，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)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(hòu)的(de)二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系(xì)进(jìn)行移(yí)动，那(nà)么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会产生(shēng)相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zh本初是谁è)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球(qiú)建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人(rén)类并不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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