宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无(wú)法解释(shì)的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的(de)几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据(jù)是(shì)测量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力(lì)学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所(suǒ)存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基(jī)发现星系(xì)团中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的(de)引力是(shì)无法(fǎ)将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测(cè)的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方法就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离星系中心(xīn)更远距(jù)离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于银河系(xì)的第(dì)三悬臂(bì)之上，距离银河(hé)系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不(bù)到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物质的质(zhì)量(liàng)占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微(wēi)小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有(yǒu)银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先(xiān)进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的(de)物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没(méi)有任何星(xīng)系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了暗(àn)物质的假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全(quán)面，引(yǐn)力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体会(huì)沿着它们(men)的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引(yǐn)力之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还(hái)引入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着(zhe)我们需要对(duì)现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37天可汗是什么意思指的是谁，天可汗正确读音亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到(dào)底是(shì)不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的(de)形(xíng)变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子(zi)弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质(zhì)量区域并不是(shì)在中间(jiān)，而(ér)是(shì)在两(liǎng)侧。所以最好的(de)解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只有万(wàn)分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取和标记之后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要(yào)的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例是(shì)一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想目标，而要(yào)寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方(fāng)式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何(hé)实质(zhì)性的(de)发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探(tàn)测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好(hǎo)达(dá)到(dào)完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时(shí)段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量(liàng)也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格(gé)雷斯罗(luó天可汗是什么意思指的是谁，天可汗正确读音)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行(xíng)星(xīng)上，暗(àn)物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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