宇(yǔ)宙是(shì)“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？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的(de)证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出(chūm是什么意思性取向)现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都是应(yīng)用(yòng)万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消失(shī)了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚(fù)在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一(yī)种说法不(bù)屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的结(jié)果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解(jiě)释暗物(wù)质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳(yáng)系(xì)也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗(àn)物质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据(jù)星(xīng)系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度(dù)上的(de)微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离(lí)地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是科学(xué)家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近(jìn)的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可(kě)能在不同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光(guāng)年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的(de)物理定律进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天体可(kě)能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是(shì)当星团(tuán)发(fā)生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了这个(gè)区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存(cún)在的迄(qì)今为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学(xué)家们通过对前景背景分(fēn)离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅(fú)度(dù)会减小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就(jiù)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(de)观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找(zhǎo)到(dào)这种粒子的存(cún)在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了(le)一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科学家声称观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上(shàng)地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的(de)倾斜，但是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xuém是什么意思性取向)家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观(guān)测(cè)到(dào)的(de)周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中(zhōng)的(de)水(shuǐ)分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们(men)又在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗物(wù)质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘(mì)的(de)效应，这种暗物质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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