宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何的有效(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(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围一定有未知的(de)天体(tǐ)通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文成就的例(lì)子。但是这(zhè)些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上(shàng)升到星系(xì)或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是(shì)获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部(bù)分(fēn)不(bù)可见的(de)暗(àn)质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其轨道上的(de)运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观(guān)测的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到(dào)不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不(bù)变(bià左眉毛有一根特别长是什么意思？n)。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量(liàng)星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果(guǒ)出(chū)现异(yì)常(cháng)的(de)结(jié)果(guǒ)，就认为是(shì)由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗(àn)物质的(de)引力效应将星(xīng)系聚(jù)集在了(le)一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存在(zài)。科学家根(gēn)据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个(gè)现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被(bèi)附(fù)近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够全面(miàn)，引(yǐn)力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的(de)，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人(rén)认为暗物质假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似这样的(de)星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系(xì)的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在(zài)的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系(xì)的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或(huò)者(zhě)是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当(dāng)中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物(wù)质的(de)增(zēng)加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观(guān)测结(jié)果。左眉毛有一根特别长是什么意思？而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们不参与任何(hé)其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物质存在的(de)实际证据。这种粒子(zi)到底(左眉毛有一根特别长是什么意思？dǐ)是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球上最(zuì)大的(de)地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每(měi)年都(dōu)是一样。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不影响这个理论的(de)有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期(qī)信号(hào)的差异也可能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游(yóu)客的(de)数量(liàng)也符合这个(gè)周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验(yàn)室刚(gāng)刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台(tái)新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小跟哈勃望(wàng)远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的(de)用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子(zi)天体物理(lǐ)中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥(yōng)有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一(yī)步的(de)证实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会意(yì)味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我更新的动力！

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