宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟(jìng)是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中(zhōng)进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一(yī)致，就可(kě)以(yǐ)确(què)定其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对(duì)于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源于(yú)某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中心越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度(dù)就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种方法(fǎ)就是(shì)测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于(yú)理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年秋以为期句式特点，秋以为期句式判断，大小和银(yín)河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的(de)物(wù)质(zhì)和(hé)力学定律来解(jiě)释的(de)。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意(yì)味着在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百(bǎi)万光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似(shì)这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发(fā)生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量将(jiāng)位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更(gèng)遥远星系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体(tǐ)可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有万(wàn)分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有(yǒu)暗物质，图(tú)秋以为期句式特点，秋以为期句式判断形看起来不应该(gāi)是(shì)这样的(de)，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐(fú)射的(de)测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在(zài)着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常(cháng)规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某种信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年(nián)都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对(duì)银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提(tí)供的视野(yě)是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这(zhè)一理(lǐ)论得到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会意味着人(rén)类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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