宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学(xué)无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光(guāng)度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个(gè)星系(xì)相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以可见(jiàn)光(guāng)的形(xíng)式所存在，我们(men)无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质(zhì)的(de)力量进入其中(zhōng)。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速(sù)度(dù)，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质(zhì)的(de)引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一(yī)可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百(bǎi)万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们需(xū)要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也(yě)让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来(lái)验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的(de)被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天(tiān)体可(kě)能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄(qì)今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加国v是不是国5，国v与国vl的区别，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了(le)数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于国v是不是国5，国v与国vl的区别阿(ā)尔卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直(zhí)致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能是人类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿(chuān)越(国v是不是国5，国v与国vl的区别yuè)暗物质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的(de)情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个(gè)关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推论(lùn)的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存(cún)不(bù)存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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