宇宙是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存(cún)在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可以(yǐ)确(què)定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二每走一步就会深深的撞一下，抱着走一下就撞一下种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质(zhì)量所产(chǎn)生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他(tā)们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就每走一步就会深深的撞一下，抱着走一下就撞一下(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其中。

于是科学(xué)家们(men)通过射(shè)电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于(yú)银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物(wù)质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研(yán)究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现(xiàn)了一个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离(lí)地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们(men)需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也(yě)让很(hěn)多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的(de)星团，它们每走一步就会深深的撞一下，抱着走一下就撞一下大(dà)部分的普通(tōng)质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大部(bù)分的(de)质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩的(de)高清照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系(xì)本(běn)身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质(zhì)量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际(jì)上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解(jiě)释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释(shì)了(le)很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与任何其(qí)他(tā)的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找到(dào)这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不(bù)同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过(guò)50次(cì)的实验，却(què)没有任(rèn)何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们(men)发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时(shí)地(dì)球又以30公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球(qiú)围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的(de)实验(yàn)室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)某个角落的(de)行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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