宇宙是“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家(jiā)们(men)发现某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符(fú)合(hé)万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动(dòng)它(tā)的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶(yé)就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的(de)例子。但(dàn)是(shì)这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系的(de)光(guāng)度。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在(zài)星系(xì)当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原因很可(kě)能(néng)就是存(cún)在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原(yuán)因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星系尺度(dù)中的天体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作(zuò)用则(zé)是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在(zài)数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之(zhī)间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速(sù)度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的(de)理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对较冷的(de)区域，但实(shí)际(jì)上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过(guò)对(duì)前景背景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验(yàn)方式也不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发(fā)现，除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集(jí)，人们发现了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生(shēng)相应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而(ér)另外半年(nián)则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，过生日小寿星一般指几岁,十八岁可以叫小寿星吗，18岁生日可以叫小寿星吗研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水(shuǐ)分、高山(shān)上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又(yòu)在(zài)南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关(guān)键的用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通过这样的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力(lì)！

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