宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星(xīng)系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系(xì)团内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星运动(dòng)。理论上来说(shuō)，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们观(guān)测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离(lí)星(xīng)系(xì)中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们(men)的(de)太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学(xué)家(jiā)根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上(shàng)的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学(xué)家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作(zuò)方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照(zhào)我们(men)所理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分的(de)普(pǔ)通质量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大(dà)的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测(cè)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(zhè)个区(qū)域(yù)，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存(cún)在的(de)迄(qì)今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们(men)之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图(tú)像进行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗(àn)物(wù)质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多不(bù)同的观(guān)测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)进退维谷的意思解释，进退维谷的意思和造句上最大的地(dì)学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

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自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半(bàn)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，这是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的(de)情况，造成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期(qī)的(de)规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了(le)。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过这样的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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