宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文(wén)成就的(de)例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个星(xīng)系所组成的(de)巨大星(xīng)系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力(lì)束缚(fù)在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙(xiān)女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系(xì)当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常的结(jié)果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科(kē)学(xué)家根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)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(de)。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥(bō)离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是(shì)不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但(dàn)是上(拐点和驻点的区别是什么意思，拐点和驻点的关系shàng)升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部(bù)场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样(yàng)的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的(de)时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什么(me)来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其(qí拐点和驻点的区别是什么意思，拐点和驻点的关系)中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人(rén)类(lèi)为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在(zài)穿越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球(qiú)又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕拐点和驻点的区别是什么意思，拐点和驻点的关系太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银河(hé)系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一(yī)台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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