宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质(zhì)，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对这样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们(men)通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)菠萝蜜切开没熟怎么补救，菠萝蜜切开没熟怎么补救，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

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所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可(kě)能就是(shì)人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系(xì)和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)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(jiān)会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认(rèn)为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气(qì)体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的(de)东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终(zhōng)于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际上它们之间的(de)温差只有万分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过引力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相(xiāng)同。在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸(mō)不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也(yě)在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征和(hé)第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中心(xīn)的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证(zhèng)实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的(de)大(dà)前(qián)提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的(de)动(dòng)力！

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