宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效(xiào)证(zhèng)据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲(zhé)学数学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的规律。往后的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律(lǜ)的时候，他们就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应(yīng)用(yòng)万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或(huò)者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的数(shù)据是测量各个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外(wài)了(le)，除非有一(yī)种神秘的力量在(zài)起作用，这种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物(wù)质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯(kěn)特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的(de)运(yùn)行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测的结(jié)果却让人感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这(zhè)种现象(xiàng)，科(kē)学家(jiā)们会使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系(xì)当中气体在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现异(yì)常(cháng)的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不(bù)符合牛(niú匚字旁的字有哪些，区字旁的字)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究(jiū)人(rén)员开始相信(xìn)暗物质的存匚字旁的字有哪些，区字旁的字在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算(suàn)在(zài)星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一(yī)可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还(hái)发现(xiàn)了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当(dāng)中存(cún)在的恒(héng)星(xīng)数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按(àn)照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互(hù)作用(yòng)则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨大的质(z匚字旁的字有哪些，区字旁的字hì)量之间会产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的(de)相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量将位于(yú)所有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯(bó)望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们地球(qiú)上的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能是超大(dà)质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并(bìng)不是(shì)在中(zhōng)间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时(shí)，可被观(guān)测(cè)到的质(zhì)量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部(bù)分表示(shì)温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后(hòu)的二(èr)值图像进行连通域(yù)提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只通(tōng)过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却(què)没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子(zi)的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学(xué)家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动(dòng)，那么(me)如果(guǒ)暗(àn)物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银河系的方(fāng)向是一致的，而(ér)另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰(qià)好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至(zhì)连(lián)意大利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的(de)规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成为暗(àn)物质所存(cún)在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的(de)数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器(qì)的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的(de)用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这(zhè)样的效应(yīng)创造生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴(bàn)们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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