宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的(de)几1dm等于多少cm 1dm等于多少m百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是(shì)星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可(kě)以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度(dù)比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见(jiàn)的(de)暗质，它不发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(n1dm等于多少cm 1dm等于多少miú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并(bìng)不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系也(yě)不(bù)例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个(gè)反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒(héng)星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该(gāi)星(xīng)系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释(shì)的。那么又有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是(shì)人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动(dòng)。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星(xīng)系(xì)的(de)气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的(de)引(yǐn)力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过(guò)了这(zhè)个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景(jǐng)辐射的测(cè)量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现(xiàn)暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的情况，造成这(zhè)种年(nián)度周期(qī)信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

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所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球(qiú)建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室(shì)是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的(de)非(fēi)常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的动力！

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