宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的(de)自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二(èr)种是(shì)动力学质量的计算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系(xì)团中的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质(zhì)量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法(fǎ)看(kàn)到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星(xīng)系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特(tè)福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可(kě)思(sī)议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物(wù)质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系(xì)旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们(men)发(fā)现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差(chà)异。另(lìng)外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒(héng)星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的(de)物(wù)质和力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些(xiē)现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外(wài)，另(lìng)一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运动。但(dàn)是上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是(shì)不同的方(fāng)式。对(duì)于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的(de)概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在(zài)理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量(lià中国的中西部地区是指哪几个省市，中国中西部是哪些地方ng)将位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它(tā)的(de)质(zhì)量(liàng)区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显地看到很多(duō)星(xīng)系似乎被拉伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系(xì)本身(shēn)并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)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(shēn)后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可(kě)能(néng)是(shì)超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗(àn)物质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质(zh中国的中西部地区是指哪几个省市，中国中西部是哪些地方ì)存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐(fú)射(shè)的测量值(zhí)，我们需要的(de)暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论(lùn)框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着(zhe)某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的(de)存在(zài)，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行了(le)超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可能(néng)是(shì)人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会(huì)产(chǎn)生周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质(zhì)流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们所观(guān)测到的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他(tā)的(de)情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数(shù)量也(yě)符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的(de)实验室，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实验室是一(yī)样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有(yǒu)力(lì)的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的(de)用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥(hǔ)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(zhǒng)神秘的(de)效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重(zhòng)要因(yīn)素。

如果这一理论(lùn)得到进一步的(de)证(zhèng)实，那(nà)么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质(zhì)会不会意(yì)味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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