宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文(wén)成(chéng)就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二(èr)种是动力(lì)学(xué)质量的计算，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星(xīn宋朝二府三司分别是什么，二府三司分别是什么东府和西府g)系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团(tuán)的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度(dù)的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是(shì)无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作(zuò)用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通(tōng)过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是(shì)存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的研究人(rén)员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的(de)是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同(tóng)的，这意味(wèi)着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在(zài)的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么(me)来验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出(chū)了(le)什么问题，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了(le)扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过(guò)了(le)这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的(de)光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色的(de)部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之(zhī)间的(de)温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的，而随(suí)着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到(dào)这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不(bù)同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而(ér)且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么(me)暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银(yín)河(hé)系的平(píng)面(miàn)呈现了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(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差(chà)异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合(hé)这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽(kuān)视场仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒(lì)子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥(yōng)有另一种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命(mìng)进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力！

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