宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两(l最小的非负整数是多少数，最小的非负整数是什么意思iǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各(gè)个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量(liàng)并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们(men)却(què)占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒的(de)速度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度(dù)远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度，估(gū)算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物质的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还(hái)引入(rù)了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也让(ràng)很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以(yǐ)1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质最小的非负整数是多少数，最小的非负整数是什么意思(zhì)量(liàng)区域到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对(duì)子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大(dà)质(zhì)量区(qū)域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物(wù)质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前(qián)景背景分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来(lái)不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的(de)理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释(shì)了(le)很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭(shì)目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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