宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次(cì)的(de)长期(qī)实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发(fā)现都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就分分合合的爱情能长久吗，分分合合的爱情是真爱吗可(kě)以确(què)定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二(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星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系(xì)团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是(shì)无法(fǎ)将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就(jiù)应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的(de)人们(men)对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特(tè)在观(guān)测(cè)仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不(bù)可思(sī)议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们(men)通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理论上(shàng)，该星系(xì)必须存(cún)在暗物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以用(yòng)正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释(shì)的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的(de)是，它的(de)附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间的(de)相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质(zhì)量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么(me)来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系(xì)似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大(dà)质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对(duì)子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区(qū)域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在分分合合的爱情能长久吗，分分合合的爱情是真爱吗(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的(de)测量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也不(bù)相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验(yàn)，却没有(yǒu)任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨(sà)索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人(rén)们(men)发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着我们也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致的(de)，而另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的季节与之前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可(kě)以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物质所存在的(de)非常有力的(de)证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的(de)用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的(de)结果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了(le)。费米(mǐ)实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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