宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类(lèi)为了寻(xún)找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据(jù)，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们(men)发现某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万(wàn)有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在(zài)研(yán)究和测量(liàng)后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的(de)质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的(de)是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散(sàn)光、吸光(guāng)、反射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不(bù)可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如(rú)果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会(huì)使(shǐ)用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进行计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在一项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个(gè)灰姑娘作者是安徒生还是格林反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多(duō)，但是星(xīng)系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同(tóng)尺(chǐ)度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的(de)相互(hù)作用则是不同的(de)方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系(xì)团(tuán)之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还(hái)引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论。如果(guǒ)MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的(de)物(wù)理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但(dàn)是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的(de)其他的理论证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当(dāng)中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位(wèi)于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可(kě)以明显地(dì)看到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之(zhī)一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值(zhí)图像进行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和(hé)标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质(zhì)，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过(guò)引力来相互作(zuò)用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实灰姑娘作者是安徒生还是格林(shí)际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这(zhè)些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周期性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着我们也(yě)在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则(zé)与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信(xìn)号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据(jù)了。但是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼(màn)太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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