宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据，科学家们(men)在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的(de)天(tiān)体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到星(xīng)系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些(xiē)星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测(cè)量(liàng)星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有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(zài)，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出了这样(yàng)部(bù)分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物(wù)质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围(wéi)的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的(de)运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们看不到(dào)的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效应将星系聚(jù)集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估算在星系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的(de)。那么又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的(de)另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意(yì)味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会(huì)沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子(zi)弹星系团，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星(xīng)系的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会导致(zhì)温度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而(ér)是这(zhè)样极(jí)遥远(yuǎn)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遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星(xīng)系的光(guāng)都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发(fā)现它的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解释(shì)方(fāng)法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质(zhì)的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多(duō)不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到(dào)这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么？科学家们已经提出(chū)了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

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自1997年以来，这里的(de)科学家声(shēng)称观(guān)测到了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性(xìng)的年(nián)度信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的实验室gpa和mpa单位换算和pa，1mpa等于多少pa(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可(kě)以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可(kě)能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一(yī)步(bù)的证实，那(nà)么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物(wù)质(zhì)会不会意(yì)味着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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