宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物质(zhì)存(cún)在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的(de)几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的(de)质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系(xì)团有99%的(de)质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现(xiàn)星(xīng)系团中(zhōng)很(hěn)多星系的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分(fēn)不(bù)可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的(de)增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒(héng)星早就被甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对标准的方(fāng)法来(lái)解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系(xì)也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的(de)原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是(shì)这些暗物(wù)质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项(xiàng)新的研(yán)究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了(le)40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物(wù)质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已(yǐ)经被附近(jìn)的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近(jìn)没有任何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象(xiàng)的(de)除了暗(àn)物质(zhì)的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效(xiào)应的概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰(pèng)撞的(de)星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质(zhì)量都在星系的气体当中(zhōng)。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(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们被保送了高考可以瞎写吗，被保送了高考考得很差还能录取吗地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系团(tuán)观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量(liàng)区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气(qì)体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的(de)二(èr)值(zhí)图像进行连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质(zhì)的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是(shì)一(yī)致的(de)。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的(de)电磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒子的存(cún)在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什(shén)么(me)？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不(bù)到(dào)，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据(jù)收集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候被保送了高考可以瞎写吗，被保送了高考考得很差还能录取吗，地球与太阳(yáng)的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完(wán)全(quán)一致(zhì)，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积雪(xuě)，甚至连意(yì)大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与之前的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到(dào)相同(tóng)的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前(qián)还无法提供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物(wù)理中心的(de)科学(xué)家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极(jí)有可(kě)能(néng)拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘(mì)的效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化(huà)的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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