宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在(zài)摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡异了(le)。

1933年，吊带和背心有什么区别，吊带和背心有什么区别瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个(gè)星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们(men)对这样的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论(lùn)上(shàng)来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并不(bù)符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围绕银(yín)河系旋转，这个实(shí)际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论(lùn)速(sù)度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一(yī)种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星(xīng)系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物质和力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类(lèi)对(duì)引力的理解还不够(gòu)全(quán)面(miàn)，引(yǐn)力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式(shì)运动。但是上(shàng)升(shēng)到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则是(shì)不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温度(dù)的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照(zhào)片中我们(men)可以明(míng)显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的(de)大质量吊带和背心有什么区别，吊带和背心有什么区别区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这(zhè)样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒(héng)星运动(dòng)所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒(lì)子(zi)的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学(xué)家们(men)已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的(de)发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的(de)地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太(tài)阳进行旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致，这(zhè)是理论(lùn)上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科(kē)学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差(chà)异(yì)也可能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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