宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地方(fāng)，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的(de)规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百(bǎi)年(ni杨梅是高糖还是低糖，杨梅是高糖还是低糖水果án)来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发(fā)现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知道(dào)，周围一(yī)定(dìng)有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大(dà)天(tiān)文成就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系(xì)或者是星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最诡异(yì)的(de)是(shì)，在测量速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所杨梅是高糖还是低糖，杨梅是高糖还是低糖水果(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可(kě)见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女(nǚ)座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是(shì)根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗(àn)物质(zhì)的(de)存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们(men)使(shǐ)用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的相互(hù)作用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概(gài)念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其(qí)他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的(de)星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的质量将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那(nà)么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空(kōng)望远镜传回了(le)宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以明(míng)显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团(tuán)观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色(sè)则表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变(biàn)得(dé)看起来(lái)“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与(yǔ)解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)实验(yàn)，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除了(le)一(yī)个地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低(dī)，而且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并(bìng)不(bù)影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研(yán)究人员们所观测到的(de)周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这(zhè)个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个(gè)实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更(gèng)新(xīn)的(de)动力！

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