宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证据(jù)，科(kē)学家们(men)在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得(dé)重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在(zài)研究和(hé)测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系(xì)所组成的巨大星(xīng)系团(tuán)，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测(cè)量(liàng)各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之(zhī)后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无(wú)法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部(bù)分不可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个(gè)词才再(zài)一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电望远镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更(gèng)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。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看(kàn)不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家们(men)发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个(gè)反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物(wù)质，否则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释的(de)。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存(cún)在。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺(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)的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的(de)质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们(men)通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的(de)形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题(tí)，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观(guān)测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在(zài)两(liǎng)边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了(le)各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解(jiě)释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思种(zhǒng)粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出(chū)了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目(mù)标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸(mō)不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的(de)发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又妙哉妙哉是什么意思，奇哉妙哉是什么意思以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也(yě)可能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又(yòu)在南半球(qiú)建立了一(yī)个(gè)几乎相同的(de)实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实(shí)验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭(shì)目(mù)以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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