宇(yǔ)宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟(jìng)是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的(de)存(cún)在。另(lìng)外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一(yī)起。测(cè)量(liàng)星系团的质量(liàng)一(yī)般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测量星(xīng)系团中(zhōng)的各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是(shì)“光度学(xué)质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是无法(fǎ)将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了(le)，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不(bù)可见(jiàn)的(de)暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心(xīn)距离(lí)的增(zēm是什么意思性取向ng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系当(dāng)中如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上(shàng)距(jù)离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异(yì)常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量了距离星系(xì)中(zhōng)心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么产生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来解(jiě)释(shì)的。那(nà)么又有人(rén)提出(chū)，也(yě)许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造成这些现象的除了暗(àn)物(wù)质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修(xiū)正，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星(xīng)际(jì)气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们(men)通(tōng)过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球(qiú)上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个(gè)现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时(shí)候(hòu)，发(fā)现它的大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直接通过了这个(gè)区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温(wēn)度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷的区域(yù)，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之(zhī)间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离(lí)后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科(kē)学家声称观(guān)测到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而(ér)且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生(shēng)相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的周期性信号。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又(yòu)在南半球建(jiàn)立了(le)一(yī)个(gè)几(jǐ)乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的(de)季节(jié)与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过(guò)暗物质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验室是一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于(yú)这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这台(tái)太(tài)空望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效(xiào)应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的实际(jì)证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞m是什么意思性取向，你的支持是我更新的动力！

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