宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们(men)在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数(shù)学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的唐舞桐为什么叫王冬儿 唐舞桐可以晋升一级什么例子(zi)。但是这些(xiē)发(fā)现都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当中，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个(gè)由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就(jiù)会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗(àn)物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距(jù)离(lí)的(de)氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家们(men)发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进(jìn)的望(wàng)远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥(yáo)远的(de)天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它们之间的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们(men)已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人们(men)发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如果暗物(wù)质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的(de)速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以成为暗物质所存(cún)在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在(zài)，它们(men)极(jí)有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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