宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们(men)在过去(qù)的(de)几十年(nián)当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然(rán)哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学(xué)家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有(yǒu)未知的(de)天(tiān)体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女(nǚ)座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒(héng)星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的(de)力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力(lì)效应的遥粤语顶你个肺是脏话吗，顶你个肺真正意思远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约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(zài)的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小(xiǎo)时(shí)的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质(zhì)，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。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不(bù)够(gòu)全(quán)面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它(tā)们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动(dòng)。但(dàn)是(shì)上升到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的(de)物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星(xīng)团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹(dàn)星系团大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在的中间(jiān)区域(yù)。那么我们(men)通(tōng)过(guò)什么(me)来验证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同(tóng)性(xìng)的微波(bō)辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是一(yī)致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒(lì)子到底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实(shí)验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地球上(shàng)最(zuì)大的地学(xué)实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进(jìn)行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在(zài)穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时候，地(dì)球与(yǔ)太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到(dào)完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的(de)积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供(gōng)相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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