宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在(zài)摄(shè)动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了(le)海(hǎi)王(wáng)星的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或者是星团的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束(shù)缚在星系(xì)团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家们(men)会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗物质(zhì)的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是(shì)科(k纵有万般不舍的下一句是什么成语，纵有万般不舍啥意思ē)学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的(de)速度，估算(suàn)在星系当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速(sù)度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现(xiàn)了(le)一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就(jiù)会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间(jiān)中的(de)工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体纵有万般不舍的下一句是什么成语，纵有万般不舍啥意思可能(néng)是超大质(zhì)量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最(zuì)好(hǎo)的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需要的实验方(fāng)式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这(zhè)里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗(àn)物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利(lì)游客(kè)的数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会(huì)不会(huì)意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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