宇宙是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(t大学辍学和退学的区别，辍学和休学的区别ā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现(xiàn)异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的(de)存在。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团(tuán)的尺度(dù)，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨(cí)兹威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个(gè)星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力(lì)是无法(fǎ)将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是(shì)当时的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却(què)让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度应(yīng)该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我们看(kàn)不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会(huì)出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星大学辍学和退学的区别，辍学和休学的区别数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是(shì)科(kē)学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的(de)。那么又(yòu)有人提出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的方式。对于(yú)在(zài)星(xīng)系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天体和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的(de)天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力(lì)透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的(de)理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随(suí)着暗(àn)物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们不(bù)参与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了(le)超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕(rào)银河(hé)系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质所存在的(de)非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就(jiù)是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命(mìng)进(jìn)化(huà)的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论(lùn)得(dé)到(dào)进一(yī)步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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