宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释的(de)“暗(àn)物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存(cún)在的(de)证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天文学家们(men)发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě00后初中学历很丢人吗)以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)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%的质量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过(guò)程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现(xiàn)星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用(yòng)，这种力(lì)量来(lái)源(yuán)于(yú)某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不(bù)可见的(de)暗质(zhì)，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们(men)对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的(de)运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异(yì)常(cháng)的结果，就(jiù)认(rèn)为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射电(diàn)望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的(de)存在。科学(xué)家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河(hé)系不多(duō)，但(dàn)是星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度(dù)，引力00后初中学历很丢人吗(lì)之间的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的(de)概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以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(dǎo)致温度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证它的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们可以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体(tǐ)和我们地(dì)球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质量的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可(kě)能是超大(dà)质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们已经提出(chū)了(le)数(shù)十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子(zi)所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的(de)第(dì)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(dù)信号呢？刚才(cái)我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)着银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们(men)所观(guān)测到的(de)周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同的(de)信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不(bù)会(huì)意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是我更新的(de)动力！

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