宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星系团的(de)质量。这是(shì)一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的(de)结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距(jù)离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结(jié)果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测量了距爬山是什么性暗示，男女常用的7句性暗示语(jù)离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗(àn)物质(zhì)的引力效应将星系聚(jù)集在了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系(xì)质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎(hū)没(méi)有引力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进(jìn)的望(wàng)远镜对其(qí)进行了(le)40个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物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的(de)另一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系(xì)尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互(hù)作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)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(wù)质存在的其他的(de)理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的(de)普通(tōng)质量都在星(xīng)系的(de)气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于(yú)所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能(néng)是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子(zi)弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗(àn)物(wù)质的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样(yàng)。一(yī)些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的(de)证据了(le)。但(dàn)是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是(shì)生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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