宇宙是“人为制(zhì)造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物(wù)质存在(zài)的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式所存(cún)在，我们无法看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应(yīng)该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在(zài)起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了(le)。基于(yú)这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异(yì)常的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们(men)的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计(jì)算(suàn)，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一(yī)种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中，本初是谁科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方(fāng)式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的(de)相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的(de)观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是(shì)在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这(zhè)个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)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(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际(jì)证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没有任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称观(guā本初是谁n)测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是(shì)一样。一些科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半年则(zé)与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相对银(yín)河系的平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周(zhōu)期(qī)性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学(xué)家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了(le)。但是由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意(yì)味着人(rén)类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存(cún)不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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