宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任(rèn)何(hé)的有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒(lēi)维耶就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移测量星系团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)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)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的质量。只是当时的(de)人(rén)们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒(héng)星(xīng)运动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是(shì)他们(men)观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外(wài)围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相(xiāng)对(duì)标准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论速度(dù)，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的(de)上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个光都(dōu)发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实(shí)际上它们之(zhī)间(jiān)的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前景背景分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它(tā)们(men)不(bù)参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么(me)？科学家们已经提出了(le)数(shù)十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì上海为什么被称为魔都？传说......，上海为什么被称为魔都四大魔都分别为哪四个)与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能(néng)是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的(de)运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这(zhè)里可(kě)以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如(rú)果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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