宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的(de)证据(jù)，科(kē)学家们在(zài)过去(qù)的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它的轨(guǐ)道。比(bǐ)如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异常(cháng)，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用(yòng)万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系(xì)团的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到(dào)两种0031是哪个国家的区号啊，00371是哪个国家的区号方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测(cè)量(liàng)各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这些(xiē)可见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法将它(tā)们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被(bèi)抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹(zī)维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗质，它(tā)不发(fā)散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词(cí)才再一次出(chū)现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观(guān)测仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心越(yuè)远(yuǎn)的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会越(yuè)慢(màn)。但是他们(men)观测(cè)的(de)结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒(héng)星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它(tā)们(men)，这些(xiē)外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离(lí)星(xīng)系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年(nián)，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运(yùn)行速(sù)度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种我们看不(bù)到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星(xīng)系(xì)质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数(shù)量却只(zhǐ)有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释的。那(nà)么又有人(rén)提(tí)出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天体会沿(yán)着它(tā)们的轨(guǐ)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(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意(yì)味着(zhe)我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还有关(guān)于暗物质存在(zài)的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质(zhì)量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的急(jí)剧(jù)升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验证它(tā)的(de)质量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎(hū)被(bèi)拉伸(shēn)产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球上的(de)观测(cè)者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在(zài)宇宙空(kōng)间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但(dàn)实(shí)际(jì)上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背景分(fēn)离后的(de)二值图像进行连通域提取和标(biāo)记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测(cè)结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当(dāng)于找到(dào)了暗物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了超过50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年(nián)的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情。探(tàn)测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每(měi)年都(dōu)是一(yī)样。一些(xiē)科(kē)学(xué)家(jiā)认为这可能是人(rén)类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信(xìn)号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研究(jiū)人(rén)员(yuán)们所观测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地(dì)球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个(gè)实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这里可以得到相同(tóng)的信号，就可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至(zhì)目(mù)前还无法提供相应的数据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽(kuān)视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们(men)只能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心的科(kē)学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要(yào)因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实(shí)，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过(guò)这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提(tí)是要先找到(dào)暗物质存在的实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持(chí)是我更新的动力！

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