宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的(de)有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃(āi)萨(sà)克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合(hé)万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷(léi)彗星(xīng)、冥王星的发现都兴致缺缺的意思是什么意思，兴致缺缺是一个成语吗是应用万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般(bān)会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要(yào)的数(shù)据(jù)是测量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的各个星系(xì)相对于(yú)星系团的运动(dòng)速度(dù)。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“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速度比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系(xì)的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方法(fǎ)来解(jiě)释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如(rú)果出现(xiàn)异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度(dù)并(bìng)不(bù)符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太(tài)阳系(xì)也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是(shì)从(cóng)这时(shí)开始，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家(jiā)根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗(àn)物质的质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜(jìng)对其进行了(le)40个小时(shí)的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物(wù)质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以(yǐ)在理论上，在(zài)碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证它兴致缺缺的意思是什么意思，兴致缺缺是一个成语吗的质量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当(dāng)中第(dì)一张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了(le)，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球(qiú)上的观测(cè)者(zhě)之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星系团观(guān)测的(de)时(shí)候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们(men)之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其(qí)他(tā)的电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大(dà)利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质(zhì)粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每(měi)年(nián)的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗(àn)物质(zhì)会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太(tài)阳的(de)方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正好达到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验室，这(zhè)里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得(dé)到相同的信号，就可以成为(wèi)暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有(yǒu)力的(de)证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽(kuān)视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了(le)。费米实(shí)验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质(zhì)正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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