宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却(què)没(méi)有发现任何的(de)有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运行轨(guǐ)道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的(de)例(lì)子。但是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一(yī)个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般(bān)会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移(yí)测量星系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形(xíng)式所(suǒ)存(cún)在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作(zuò)用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它们却(què)占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力量(liàng)进831143是什么意思入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度并(bìng)不符合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的(de)第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在星系当中暗(àn)物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科学(xué)家(jiā)们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量(liàng)却(què)只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有(yǒu)任何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对引力的(de)理解还不够全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论(lùn)就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大(dà)部分(fēn)的(de)普通质量(liàng)都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不(bù)是(shì)集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样极(jí)遥远的天(tiān)体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引力，会使身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或(huò)者(zhě)是暗物(wù)质(zhì)。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生(shēng)全(quán)部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到的(de)质量气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存(cún)在的迄今为止(zhǐ)最好(hǎo)的(de)理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色的部分表示温(wēn)度(831143是什么意思dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们通过(guò)对(duì)前(qián)景背景分(fēn)离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像(xiàng)进行(xíng)连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的(de)事(shì)情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移(yí)动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这(zhè)个(gè)过(guò)程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快(kuài)的时段。而在(zài)11月(yuè)份(fèn)，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的(de)水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大(dà)利游客的数量也符(fú)合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒(lì)子天(tiān)体物(wù)理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命(mìng)进化的一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果(guǒ)这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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