宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的证据，科学宋朝二府三司分别是什么，二府三司分别是什么东府和西府(xué)家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事(shì)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(liàng)后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由数(shù)千(qiān)个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定(dìng)其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数据(jù)是测(cè)量(liàng)各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系(xì)团(tuán)有99%的质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无法将它们(men)束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系(xì)中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距(jù)离银(yín)河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应(yīng)该(gāi)是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心(xīn)加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须(xū)存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测(cè)量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那么(me)又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的(de)方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星系和星团(tuán)的(de)尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意(yì)味着我们需要对(duì)现在(zài)的(de)物(wù)理(lǐ)定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那(nà)么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和(hé)我们地球上的(de)观测者之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的(de)天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光(guāng)都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直致力于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河(hé)系进行移(yí)动(dòng)，那么如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而(ér)另外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到的周期(qī)性信号。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能(néng)是(shì)温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特(tè)征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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