宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系(xì)团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们(men)无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的(de)是(shì)，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是(shì)由暗(àn)物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力(lì)学定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河系的第三悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在(zài)以(yǐ)220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以哥呀是什么鱼怎么叫 戈雅鱼是淡水鱼吗(yǐ)解释(shì)这(zhè)个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

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所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个(gè)小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经(jīng)被(bèi)附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引(yǐn)力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对(duì)现在的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的(de)普通(tōng)质(zhì)量都在星系(xì)的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后(hòu)，子(zi)弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力(lì)透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力(lì)透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色(sè)则表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物(wù)质，图形看起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测到(dào)了(le)某种(zhǒng)信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据(jù)收(shōu)集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每(měi)年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年(nián)度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一致(zhì)，这是(shì)理论上(shàng)地(dì)球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到了(le)最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度(dù)的(de)倾斜，但(dàn)是这(zhè)并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是(shì)探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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