宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力(lì)定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体(tǐ)运(yùn)行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体(tǐ)通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上(shàng)升到星系(xì)或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结(jié)果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第一(yī)种是(shì)获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是利用光谱(pǔ)红移(yí)测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星(xīng)系相对于(yú)星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星(xīng)系的质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它们(men)早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出(chū)了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们(men)会使用一(yī)种相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于(yú)是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并(bìng)不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的(de)第(dì)三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这(zhè)个(gè)实际速度(dù)远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学(xué)家根我国的全民国家教育日是哪一天 我国法定全民国教育日据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系(xì)中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的(de)物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇(qí)怪的是，它(tā)的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一(yī)种可能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时(shí)发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分的质量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们(men)通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是(shì)集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜(jìng)效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是在(zài)两(liǎng)侧(cè)。所以(yǐ)最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性(xìng)的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上(shàng)它(tā)们之间(jiān)的温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物质(zhì)，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物(wù)质的(de)增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次的实验，却没有任(rèn)何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的(de)数(shù)据收集(jí)，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测(cè)到的周期性(xìng)信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能(néng)有其他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实(shí)验(yàn)室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非(fēi)常有(yǒu)力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至(zhì)目前还无(wú)法(fǎ)提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年(nián)，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗物(wù)质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待(dài)了。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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