宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年出(chū)版的(de)自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引(yǐn)力(lì)在摄动(dòng)它(tā)的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发(fā)现(xiàn)了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大天文成就的例(lì)子。但是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是(shì)无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分(fēn)的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢(màn)。但是他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴上(shàng)距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行(xíng)计算，太阳系的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个(gè)星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和银河系(xì)不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么(me)又有人提出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成这些现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们(men)需要对现在(zài)的物理定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解(jiě)释的(de)“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组(zǔ)成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是(shì)这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较write的过去分词怎么用，write的过去分词英语(jiào)高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域提取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和(hé)谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的(de)6月份达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(write的过去分词怎么用，write的过去分词英语xíng)旋转。所以(yǐ)有(yǒu)半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相(xiāng)对银河(hé)系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解(jiě)释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验室是(shì)一样的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的(de)结果，我们(men)只能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过(guò)这样的(de)效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质(zhì)到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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