宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中进行了超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的(de)例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由(yóu)数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测量各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无法将(jiāng)它们(men)束缚在(zài)星(xīng)系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了这样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。俄罗斯为啥打不赢乌克兰，乌克兰为什么这么难打只是当时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运(yùn)行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却(què)让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有引力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存(cún)在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的(de)详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式(shì)运动。但是上升到星系(xì)和星团的(de)尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还(hái)引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们(men)大(dà)部(bù)分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的(de)急剧升高，速(sù)度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集(jí)中在(zài)中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了(le)宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照(zhào)片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了(le)巨大的(de)形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的(de)时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透(tòu)镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力(lì)透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们(men)之间的(de)温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后(hòu)的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了(le)超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利(lì)的格(gé)兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于俄罗斯为啥打不赢乌克兰，乌克兰为什么这么难打阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一致的，而(ér)另外半年(nián)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(wán)全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论(lùn)的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他(tā)的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪(xuě)，甚至(zhì)连意(yì)大利游(yóu)客(kè)的(de)数量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇宙当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味(wèi)着(zhe)人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通(tōng)过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我更新的(de)动力！

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