宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有(yǒu)发现(xiàn)任(rèn)何(hé)的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万(wàn)有引力定律的时候，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知(zhī)的天体通过(guò)引力在(zài)摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我(wǒ)们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法(fǎ)结果一致，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(shù)据是(shì)测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该被抛出星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来(lái)源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现(xiàn)异(yì)常的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电(diàn)望远镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心更远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了(le)一(yī)起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用(yòng)正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星(xīng)系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一我国最穷的5个城市，哪一个省最穷(yī)种可能(néng)就(jiù)是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不(bù)同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度(dù)中的天体(tǐ)会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论(lùn)叫(jiào)做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似(shì)这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位(wèi)于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在(zài)的中(zhōng)间(jiān)区域。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们可(kě)以明显地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测(cè)者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超大质(zhì)量的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的(de)天体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也(yě)被(bèi)认(rèn)为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的(de)区域，但(dàn)实际(jì)上它(tā)们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来(lái)“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普通物(wù)质的5倍。这个数(shù)字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的(de)实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸(mō)不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信(xìn)号。经(jīng)过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外(wài)半(bàn)年(nián)则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这个(gè)理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不(bù)久，所以(yǐ)截至目前还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望远镜其中一个关键的(de)用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭(shì)目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒(lì)子天体物(wù)理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质(zhì)正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的(de)支持(chí)是我更新的动力！

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