宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么(me)？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的(de)证据，科(kē)学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但(dàn)是却(què)没(méi)有发现(xiàn)任何的(de)有(yǒu)效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发(fā)表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知道(dào)，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并且(qiě)发(fā)现了海(hǎi)王(wáng)星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是(shì)在(zài)恒(héng)星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的质量一(yī)般会使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座(zuò)星系团有99%的质量(liàng)消失(shī)了(le)，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们(men)无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢(màn)。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎(hū)保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足够大的(de)质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气(qì)体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量(liàng)进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系中心更远距离的氢元素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也(yě)不(bù)例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳(yáng)系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系(xì)旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最(zuì)先进的(de)望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详细测量之(zhī)后(hòu)，发现星(xīng)系中的恒星运(yùn)动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺(chǐ)度(dù)空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大(dà)的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立(lì)，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现(xiàn)也让很多(duō)人认为(wèi)暗物(wù)质假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星团，它们大(dà)部分的普通质量都在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万(wàn)公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大幅(fú)降(jiàng)低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域(yù)到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清(qīng)照片(piàn)，在照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可以(yǐ)明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个(gè)质量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发(fā)现它的大质量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发(fā)生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存(cún)在(zài)的迄(qì)今为止最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的(de)光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它(tā)们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来(lái)不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通(tōng)物质的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁(cí)作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什(shén)么？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流，这个过程中会(huì)产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的(de)，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地球(qiú)与(yǔ申请结尾的恳请语怎么写，特此申请的特是什么意思)太(tài)阳的方向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这里的(de)季(j申请结尾的恳请语怎么写，特此申请的特是什么意思ì)节与之前的实(shí)验(yàn)室正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动特征(zhēng)和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验(yàn)室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的(de)视野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的(de)用途(tú)就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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