宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学(xué)家(jiā)们在过去的(de)几十年当(dāng)中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合(hé)万有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文(wén)成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量(liàng)结果出来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出星系(xì)团(tuán)之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特在(zài)观(guān)测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够大的质(zhì)量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了(le)。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距离(lí)，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异(yì)常的(de)结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们(men)通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于(yú)银(yín)河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这(zhè)个现象的原因。在一(yī)项新的(de佛系心态是什么意思)研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了(le)一个反常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是(shì)星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个小(xiǎo)时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不同的方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的(de)星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系(xì)的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度的(de)急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所在的中间区(qū)域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我(wǒ)们(men)可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变(biàn)。其实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样(yàng)极(jí)遥远的天(tiān)体和我们(men)地球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被(bèi)一个质量超级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质(zhì)量区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了(le)各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来(lái)不应该是这(zhè)样的，而(ér)随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任何(hé)其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为(wèi)了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能(néng)是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的(de)时段(duàn)。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的(de)差(chà)异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验(yàn)室(shì)正(zhèng)好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验(yàn)室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪(yí)器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个(gè)角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在(zài)的(de)实际证据。那(nà)么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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