宇宙是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过去的(de)几十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数(shù)学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我(wǒ)们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基正在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系(xì)的速(sù)度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观(guān)测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科(kē)学家们(men)会使用一(yī)种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系(xì)质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的(de)微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的(de)详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)379的算术平方根是3还是正负3，根号9的算术平方根是多少亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作(zuò)用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不(bù)是(shì)真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东(dōng)西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系(xì)的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法就(jiù)是当星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该(gāi)是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中恒(héng)星运(yùn)动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为了(le)寻找这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)9的算术平方根是3还是正负3，根号9的算术平方根是多少暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的(de)数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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