宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学(xué)家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一(yī)个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星(xīng)系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光(guāng)度(dù)学(xué)的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起(qǐ)作用(yòng)，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质(zhì)。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提(tí)出(chū)了这样部分不可见的(de)暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们(men)对这样的一(yī)种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万(wàn)有引力定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上(shàng)，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道(dào)的(de)速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数(shù)量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的(de)千(qiān)分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的(de)物(wù)质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的(de)。那么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道(dào)，按(àn)照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着(zhe)我们需要对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量都在(zài)星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时(shí)发(fā)生碰撞的(de)时候，星际气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的(de)质量将位(wèi)于所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验(yàn)证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之(zhī)间。被一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图(tú威尔士首都是哪个城市 威尔士是哪个国家)形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐(fú)射的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着某种类(lèi)型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家(jiā)们(men)已经(jīng)提出(chū)了(le)数十种的假想目(mù)标，而(ér)要寻找这些不同的(de)目标(biāo)粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何实质性(xìng)的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(d威尔士首都是哪个城市 威尔士是哪个国家e)事情。探测率会在每年(nián)的6月份(fèn)达(dá)到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产(chǎn)生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着(zhe)银(yín)河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方向是(shì)一(yī)致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了一个几乎相同的(de)实验室(shì)，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一(yī)个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)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(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大(dà)小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于(yú)探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那(nà)么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗(àn)物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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