宇宙是(shì)“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运(yùn)行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第(dì)一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星(xīng)系(xì)的光(guāng)度。

第(dì)二种是(shì)动力学(xué)质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它(tā)们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系团之外了(le)，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特(tè)在(zài)观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了(le)。基于这种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河(hé)系旋转写柔柳的四字词语有哪些，写春雨的四字词语(zhuǎn)，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集(jí)在了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从(cóng)这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究(jiū)人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不(bù)是唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引(yǐn)力效应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发(fā)现了一(yī)个反常(cháng)的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是(shì)科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详细(xì)测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常(cháng)的物质和力学定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人(rén)类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式。对(duì)于(yú)在星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引(yǐn)入了(le)外部场效应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人(rén)们对(duì)子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了(le)中间，暗(àn)物质(zhì)则(zé)直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测(cè)量(liàng)值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大(dà)约(yuē)是(shì)普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其(qí)他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年(nián)当(dāng)中(zhōng)，人类(lèi)为了寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几(jǐ)乎(hū)不会(huì)与常规物(wù)质相互(hù)作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验(yàn)室，这(zhè)个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会(huì)产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那(nà)么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的(de)速(sù)度(dù)在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并不(bù)影响这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为这(zhè)可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有(yǒu)力的证据(jù)了(le)。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提(tí)供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器(qì)的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以(yǐ)待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的(de)效应(yīng)，这(zhè)种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得(dé)暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的(de)动力(lì)！

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