宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候(hòu)，他(tā)们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定(dìng)其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是(shì)测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个词才再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现异(yì)常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素(sù)，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系(xì)位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力(lì)学定(dìng)律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释(shì)的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是(shì)在中间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方法就是(shì)当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还(hái)有(yǒu)来自(zì)宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这(zhè)样的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同的观测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了(le)暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也(yě)在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球(qiú)又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数量也符(fú)合(hé)这(zhè)个周期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的季节与之前(qián)的实验室正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的信(xìn)号，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的(de)视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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