宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却(què)没有(yǒu)发现任何(hé)的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行(xíng)轨道(dào)的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文(wén)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，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后(hòu)发(fā)星系团(tuán)的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般(bān)会使用到两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确(què)定其质量的(de)范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学(xué)的(de)质量(liàng)"，需要的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一(yī)种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的结果却(què)让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于(yú)这(zhè)种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来(lái)解释(shì)暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们(men)通过(guò)射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发(fā)现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿的力学(xu一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟é)定律。我们的太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该(gāi)是(shì)160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际速度(dù)远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的(de)原因(yīn)很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这时开(kāi)始，越来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯一可(kě)以(yǐ)解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科(kē)学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是(shì)星系当中存(cún)在(zài)的恒星数(shù)量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以在(zài)理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望(wàng)远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入(rù)了(le)外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认为暗物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候(hòu)，星际气体的相互作用就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团(tuán)大(dà)部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的(de)中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域(yù)到(dào)底是不(bù)是集中在(zài)中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯(bó)太(tài)空望远镜传回了一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟宇宙当中第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系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，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上(shàng)的(de)观测(cè)者(zhě)之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就是当星(xīng)团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自(zì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)最古老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其(qí)中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相对(duì)较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好地(dì)解释(shì)了很(hěn)多不同的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子所需(xū)要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(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了(le)超过50次的实验，却(què)没(méi)有(yǒu)任何(hé)实质性(xìng)的发现，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科(kē)学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致(zhì)的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个(gè)理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个(gè)实验室刚刚一公里大概多少步 一公里大概要走几分钟(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈(hā)勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是(shì)探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步(bù)的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗(àn)物(wù)质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论的(de)大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的(de)实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质(zhì)到底存(cún)不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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