宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学(xué)家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的(de)长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的(d耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些e)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时(shí)候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可(kě)以确定其质量的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光(guāng)的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的(de)速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非有一(yī)种神(shén)秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是(shì)它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一耳朵旁的字有哪些字，带右耳朵旁的字有哪些顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系(xì)中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始，越来(lái)越多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度(dù)上的(de)微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一(yī)个大星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物质存(cún)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(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温(wēn)度(dù)的急(jí)剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发(fā)现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被(bèi)认为是(shì)暗物(wù)质存在(zài)的迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味(wèi)着。

用了一(yī)个简(jiǎn)单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只通过引(yǐn)力(lì)来(lái)相互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒(lì)子所需要的实(shí)验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过(guò)去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中每(měi)年都是(shì)一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达(dá)到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们(men)所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室(shì)正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室(shì)是(shì)一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学(xué)家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论(lùn)的大(dà)前提是(shì)要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我更新的动(dòng)力！

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