宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在(zài)科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当我们上升到(dào)星中国人口第一大省，中国人口第一大省排名系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系(xì)被(bèi)引力束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第(dì)一种是(shì)获得(dé)其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团中的各个星系(xì)相对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量(liàng)所产生的引力是无(wú)法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这(zhè)样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它(tā)们却(què中国人口第一大省，中国人口第一大省排名)占据着宇宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人感到(dào)不(bù)可(kě)思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗物(wù)质的存(cún)在，这(zhè)种方法(fǎ)就(jiù)是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋转(zhuǎn)速度并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可(kě)能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物(wù)质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究(jiū)当中(zhōng)，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的(de)详细(xì)测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星(xīng)运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个(gè)大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就(jiù)是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺度，引(yǐn)力之间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的(de)相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认(rèn)为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗(àn)物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德(dé)理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉(lā)伸产生了巨大(dà)的(de)形变(biàn)。其实这些星系(xì)本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测到的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间(jiān)背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的(de)区(qū)域(yù)，但(dàn)实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物质(zhì)的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以(yǐ)如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出(chū)了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最(zuì)大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒(lì)子(zi)的周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都(dōu)是(shì)一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的(de)第一个(gè)直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度(dù)在穿(chuān)越着暗(àn)物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期(qī)性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可(kě)以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非(fēi)常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一(yī)台新(xīn)的(de)望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的(de)主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味着(zhe)人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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