宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研(yán)究和测量后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在一(yī)起。测量星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的(de)计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见(jiàn)光(guāng)的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程(chéng)中(zhōng)，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无(wú)法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量(liàng)在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿(dùn)的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这时(shí)开始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的(de)千分(fēn)之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分崩离(lí)析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近(jìn)的另(lìng)一1亿越南盾是富豪吗，越南打工一个月多少钱个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之(zhī)外(wài)，另一(yī)种可能就是人类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)1亿越南盾是富豪吗，越南打工一个月多少钱在不同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念(niàn)，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关(guān)于暗物(wù)质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样(yàng)的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的(de)急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证(zhèng)它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体(tǐ)和(hé)我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时(shí)候，发现它(tā)的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示温(wēn)度(dù)较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区(qū)域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前(qián)景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗(àn)物质大(dà)约是(shì)普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多(duō)不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着(zhe)某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么(me)？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发现，除了(le)一个(gè)地方(fāng)，意(yì)大利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时段(duàn)。而(ér)在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以(yǐ)用来解(jiě)释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信(xìn)号的(de)差(chà)异也可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动(dòng)力！

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