宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原(yuán)理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度(自然堂雪域精粹适合什么年龄，自然堂紫色和蓝色哪个好dù)当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星(xīng)系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起(qǐ)。测(cè)量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测(cè)量(liàng)各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量速(sù)度(dù)的过程中，兹威基(jī)发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起(qǐ)作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没(méi)有足够(gòu)大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的(de)方法来(lái)解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系(xì)当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心的(de)距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远距离(lí)的氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距(jù)离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计(jì)算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千自然堂雪域精粹适合什么年龄，自然堂紫色和蓝色哪个好米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大(dà)于理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的(de)原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天文(wén)学(xué)家还发现了一(yī)个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系的(de)千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对(duì)其进行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗(àn)物(wù)质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是(shì)，它的附(fù)近没(méi)有任何星(xīng)系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系和星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的(de)规(guī)模(mó)上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物质假说理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞的星系(xì)团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生(shēng)了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生(shēng)了(le)扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大的(de)天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形成了(le)引(yǐn)力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好(hǎo)的理(lǐ)论证据。

除(chú)此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中(zhōng)红色的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的(de)，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射(shè)的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的(de)5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了(le)很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物(wù)质的(de)本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来(lái)相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种粒(lì)子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了(le)暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目(mù)标粒(lì)子所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一个直(zhí)接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速(sù)度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的(de)，而另(lìng)外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月(yuè)份的时候，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到(dào)完全一(yī)致，这是理论(lùn)上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当(dāng)然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量(liàng)也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家(jiā)们(men)又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这(zhè)里可以得(dé)到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至(zhì)目前还无法提供相应的数(shù)据支(zhī)持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质(zhì)存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力！

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