宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么(me)？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过去的(de)几十(shí)年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度(dù)学(xué)的(de)质(zhì)量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的(de)各个星(xīng)系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运动(dòng)速度(dù)。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的(de)速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可(kě)见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三悬臂之(zhī)上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加速度的(de)原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力(lì)效应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质的(de)质量占整个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学(xué)家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之(zhī)后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的(de)物质和力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪(guài)的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引力(lì)的(de)理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对于在星系(xì)团之间的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什么问(wèn)题，而是(shì)这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大(dà)质量的东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲(qū)。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能(néng)是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的解释方法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框(kuāng)架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式(shì)也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物(wù)质(zhì)相互作用的(de)“暗(àn)物质”，科(kwrite的过去分词怎么用，write的过去分词英语ē)学家们已经(jīng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一(write的过去分词怎么用，write的过去分词英语yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼(lóu)高(gāo)的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数(shù)据(jù)收集，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣(qù)的(de)事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的(de)速度在穿越(yuè)着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到(dào)了(le)最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客(kè)的数量也(yě)符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第(dì)一个实验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其中(zhōng)一个关(guān)键的(de)用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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