宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文(wén)学家(jiā)们发(fā)现某些天体运行轨道(dào)出现异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围一定(dìng)有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到(dào)两(liǎng)种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是(shì)测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团(tuán)中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的(de)运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远(yuǎn)的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量来吸(xī)引它们(men)，这(zhè)些外围的(de)恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不(bù)符合牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定律。我们(men)的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际(jì)速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道(dào)的速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒星数量却只有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物质(zhì)，否则(zé)就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们(men)使用最先(xiān)进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测量(liàng)之后，发(fā)现星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么(me)又有人(rén)提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星(xīng)团的尺度，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入了(le)外部场效应的概念，指的是在数百万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇(yǔ)宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙(méng)德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传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看(kàn)到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超(chāo)大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们(men)之间的温差(chà)只有万分(fēn)之(zhī)一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图(tú)像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值(zhí)的幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数(shù)字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运动(dòng)所需要(yào)的暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解(jiě)释了(le)很多不同的观(guān)测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么？科学(xué)家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上(shàng)最大(dà)的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个(gè)三层楼(lóu)高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观(guān)测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期(qī)性的年度(dù)信号呢(ne)？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地(dì)球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一(yī)致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达到完全一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可能(néng)有其他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种年度(dù)周(zhōu)期(qī)信(xìn)号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连意(yì)大利游客的数(shù)量也(yě)符合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与之前的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验室是(shì)一样(yàng)的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这(zhè)台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tón一般手机电池多少毫安 4000毫安电池算大吗g)，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个关键的用途(tú)就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗(àn)物(wù)质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是要(yào)先(xiān)找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢(ne)？喜(xǐ)欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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