宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量一般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除(chú)非有一种神秘的力量在起作(zuò)用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不(bù)可(kě)见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但是它(tā)们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些，铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些呢，这种方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入(rù)其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太(tài)阳系位于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效(xiào)应将星(xīng)系(xì)聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因(yīn)。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对(duì)引力(lì)的理解还(hái)不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的(de)轨道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分(fēn)的(de)质(zhì)量将位(wèi)于所有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那(nà)么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了(le)什(shén)么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐(fú)射(shè)。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层(céng)楼高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了某(mǒu)种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些，铁棍山药和小白嘴山药哪个好吃些呢着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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