宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天(tiān)体运行轨道(dào)出现异常，不符合万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系(xì)统(tǒng)的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这(zhè)是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在(zài)，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的(de)结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物(wù)质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素，发匚这个部首的名称叫什么怎么读，匚这个偏旁读什么现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也(yě)不(bù)例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒(héng)星之间(jiān)，也会(huì)出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使用(yòng)最先进的(de)望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附(fù)近没(méi)有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是(shì)不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间会产生对彼此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就匚这个部首的名称叫什么怎么读，匚这个偏旁读什么此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量匚这个部首的名称叫什么怎么读，匚这个偏旁读什么的东西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存在(zài)的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，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(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍(bèi)。这(zhè)个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的(de)实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下(xià)1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探(tàn)测器，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现了(le)一个(gè)有趣的事(shì)情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在以这样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果(guǒ)在这里(lǐ)可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的(de)非常有力的证据(jù)了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的(de)视野是哈勃(bó)红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯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(hòu)的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科(kē)学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某(mǒu)个(gè)角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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