宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文(wén)学家们(men)发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一(yī)定有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并(bìng)且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨(jù)大(dà)星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却(què)占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合(hé)牛(niú)顿的(de)力(lì)学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也(yě)不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质(zhì)的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间，也(yě)会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中(zhōng)中国的中西部地区是指哪几个省市，中国中西部是哪些地方存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解(jiě)释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也(yě)不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过(guò)了这个区(qū)域，并在两边形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留下(xià)了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们(men)需要(yào)的(de)暗(àn)物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实(shí)际(jì)证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)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(de)发现，除了(le)一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下中国的中西部地区是指哪几个省市，中国中西部是哪些地方矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器(qì)，一(yī)直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们(men)也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡(dàng)，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所观测到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的(de)规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们(men)又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关(guān)键的用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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