宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律，它揭(jiē)示(shì)了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某(mǒu)些(xiē)天体运(yùn)行轨道出(chū)现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团的尺度，事(shì)情就(jiù)反射弧包括哪五个部分，反射弧包括哪五个部分顺序开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使(shǐ)用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数据是测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星系(xì)团中的(de)各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座(zuò)星系(xì)团有99%的(de)质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词(cí)才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观(guān)测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家(jiā)们会使用(yòng)一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法(fǎ)来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离反射弧包括哪五个部分，反射弧包括哪五个部分顺序星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的(de)力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系(xì)也(yě)不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就(jiù)是(shì)存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在(zài)了(le)一(yī)起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星系中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(yǒu)人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的(de)另一(yī)个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全(quán)面，引力很可(kě)能在(zài)不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的(de)相互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊(shū)的(de)效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立(lì)，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定律(lǜ)进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。反射弧包括哪五个部分，反射弧包括哪五个部分顺序当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的(de)高清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之(zhī)间。被(bèi)一个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解(jiě)释方法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了(le)130多(duō)亿年之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学(xué)家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测(cè)量(liàng)值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质(zhì)比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论(lùn)框架(jià)，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同(tóng)。在过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一个(gè)地方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处的(de)地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系(xì)进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕太(tài)阳进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的(de)方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则(zé)与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此(cǐ)科(kē)学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视(shì)野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论(lùn)得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会(huì)意(yì)味着人类并(bìng)不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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