宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了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超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学(xué)原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千个(gè)星(xīng)系所组成的巨(jù)大星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于(yú)星系(xì)团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失(shī)了(le)，或者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中(zhōng)，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的物质(zhì)。把酒言欢下一句是什么意思，把酒言欢下一句是什么问君能有几多愁>

据此，兹(zī)维基提出了(le)这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)把酒言欢下一句是什么意思，把酒言欢下一句是什么问君能有几多愁着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到(dào)不可(kě)思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸引它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不(bù)到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不(bù)多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也(yě)许该(gāi)星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的(de)另一个(gè)大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的(de)除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力(lì)的(de)理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的(de)相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么(me)问题，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量(liàng)的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的(de)时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们(men)之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连通域(yù)提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这(zhè)些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数(shù)据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半(bàn)年(nián)则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完全(quán)一(yī)致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳(yáng)系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这个周期的(de)规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以(yǐ)得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的(de)奥秘(mì)，对于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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