宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文(wén)学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过(guò)天王(wáng)星运(yùn)行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在(zài)一(yī)起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系(xì)团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的(de)引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没(méi)有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因很(hěn)可能(néng)就是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的(de)存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行(xíng)了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测量之后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附近的(de)另一个大星系(xì)剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存(cún)在。造(zào)成这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部(bù)场(chǎng)效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需要(yào)对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引(yǐn)力(l硅酸铝针刺毯两公分厚是多长的 硅酸铝针刺毯有害吗ì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度的硅酸铝针刺毯两公分厚是多长的 硅酸铝针刺毯有害吗(de)急(jí)剧(jù)升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之(zhī)间的温差(chà)只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连通(tōng)域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的(de)5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框(kuāng)架(jià)，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多(duō)年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科(kē)学家认为这可能(néng)是人类发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也(yě)符(fú)合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物质流(liú)的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同的(de)信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命的(de)诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是(shì)要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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