宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却(què)没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨道的异常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测(cè)量结果(guǒ)出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度(dù)学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速(sù)度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质(zhì)的(de)存(cún)在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例(lì)外(wài)，太(tài)阳(yáng)系位(wè猕猴桃要公母一起种吗，猕猴桃猕猴桃要公母一起种吗，猕猴桃一公一母怎么种一公一母怎么种i)于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当中暗(àn)物质的质(zhì)量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银(yín)河系不多，但是(shì)星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河(hé)系的(de)千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团(tuán)的(de)尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的(de)是在数(shù)百万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需(xū)要对现(xiàn)在的物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发(fā)现也(yě)让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其(qí)他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是(shì)真的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的(de)大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在(zài)宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通(tōng)域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十(shí)种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了(le)超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的地下(xià)矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探测(cè)器，一直致力于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年(nián)度信号(hào)呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河(hé)系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到(dào)了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差异(yì)也(yě)可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物(wù)质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至(zhì)目前(qián)还(hái)无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台(tái)新(xīn)的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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