宇宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现(xiàn)了(le)海王(wáng)星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范围。

第(dì)一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟(jìng)然(rán)是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量(liàng)并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种神(shén)秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星campus是什么意思 campus是国誉吗(xīng)在(zài)其轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就(jiù)是测量星系当中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了(le)距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度(dù)的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多(duō)的研(yán)究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存(cún)在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一个(gè)反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

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所以在理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系(xì)尺(chǐ)度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解(jiě)的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗物质(zhì)存在的其他的理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所(suǒ)组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的(de)中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开始(shǐ)，38万年之后，可(kě)见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间(jiān)的温差(chà)只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行(xíng)连通(tōng)域提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随(suí)着暗(àn)物质的增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在(zài)着某(mǒu)种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器(qì)，一(yī)直致力于(yú)寻(xún)找暗物质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这(zhè)可能是(shì)人(rén)类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的(de)速(sù)度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银(yín)河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不(bù)影响这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利(lì)游客(kè)的(de)数量也(yě)符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动(dòng)特(tè)征和第一个实(shí)验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它(tā)们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物(wù)质(zhì)效应(yīng)，会(huì)支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着(zhe)人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当(dāng)然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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