宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据(jù)。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄(s科兴是美国的还是中国的hè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意味着(zh科兴是美国的还是中国的e)，后(hòu)发(fā)座(zuò)星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒(héng)星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力(lì)效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度(dù)上的微小差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河(hé)系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了(le)暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以(yǐ)明显地看到很多(duō)星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离(lí)后的(de)二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个(gè)地方，意(yì)大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科(kē)学家声(shēng)称观(guān)测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利(lì)游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的(de)运动(dòng)特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是由(yóu)于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的(de)动(dòng)力！

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