宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃疏离感和陌生感的意思是什么，疏离感和陌生感的区别萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王星的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发(fā)现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正(zhèng)在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在(zài)一起。测量星系(xì)团的(de)质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)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(shàng)要(yào)快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它(tā)们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对(duì)这样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理论速(sù)度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们(men)看不到的(de)物质，是这些(xiē)暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个(gè)现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存(cún)在暗(àn)物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提(tí)出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式(shì)运动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)则是不同的方式。对于在(zài)星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气体当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什么来验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第(dì)一(yī)张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片(piàn)中我们(men)可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们(men)地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是(shì)超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发(fā)生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在(zài)宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后的(de)二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记(jì)之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要(yào)的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他(tā)的(de)电磁(cí)作用，只通过引力(lì)来相互作用(yòng)。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标(biāo)粒子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年(nián)则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到完全一致，这是(shì)理(lǐ)论上地(dì)球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当然(rán)也可(kě)能(néng)有其(qí)他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所(suǒ)存在(zài)的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的(de)诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到(dào)进一(yī)步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应(yīng)创造生命。当然，这(zhè)些(xiē)推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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