宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十(shí)年当中进(jìn)行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)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(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系(xì)团(tuán)的质量(liàng)一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的(de)数(shù)据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力(lì)学质量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红(hóng)移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过(guò)程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在星(xīng)系(xì)团内(nèi)的(de)，它(tā)们早就应(yīng)该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的(de)质(zhì)量来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的(de)太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的(de)运行(xíng)速(sù)度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该(gāi)星(xīng)系的暗(àn)物(wù)质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念(niàn)，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的(de)光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形看起来(lái)不应该全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗(àn)物(wù)质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每(měi)年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认(rèn)为这可(kě)能(néng)是(shì)人类发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们(men)也在以这样(yàng)的(de)速(sù)度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的(de)证据了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供(gōng)相应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极(jí)有可能(néng)拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你(nǐ)们(men)觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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