宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物(wù)质存在的证据，科(kē)学(xué)家们在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据(jù)。除了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在(zài)恒星系统的(de)尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系所组成的巨(jù)大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一起。测量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质(zhì)量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发(fā)现星系团中(zhōng)很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的(de)，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基(jī)提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们(men)对(duì)这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动(dòng)。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离(lí)星(xīng)系中心更远距(jù)离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存(cún)在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以(yǐ)解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也会出(chū)现速度上的微(wēi)小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用(yòng)最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附近(jìn)没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就(jiù)是人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式是(shì)不同的(de)，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的(de)相互作用则(zé)是不(bù)同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模上，巨(jù)大的(de)质量之(zhī)间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终(zhōng)结(jié)。但是在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗物质(zhì)存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样(yàng)的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都在星系的(de)气体当中。当(dāng)星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体(tǐ)的相(xiāng)互作用(yòng)就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系(xì)团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那么我(wǒ)们(men)通(tōng)过(guò)什么来(lái)验证它的质量区(qū)域(yù)到底(dǐ)是不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在(zài)照片(piàn)中我们可以(yǐ)明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问题(tí)，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡(dǎng)，这个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都发生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法就是当星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了(le)这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在(zài)的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景上留下(xià)了各(gè)相同性的(发小是男的还是女的啊 发小是指什么关系de)微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离(lí)后(hòu)的二值(zhí)图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这(zhè)就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的发小是男的还是女的啊 发小是指什么关系理论框架，就很好地解释了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以(yǐ)如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒(lì)子(zi)所(suǒ)需(xū)要(yào)的实(shí)验方(fāng)式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与(yǔ)常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测(cè)到(dào)了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过(guò)了20多(duō)年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是为什么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了(le)最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这(zhè)可以用来解释，研(yán)究(jiū)人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异(yì)也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的(de)数量也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南(nán)半(bàn)球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质流(liú)的运动特征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物质所存在(zài)的非(fēi)常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜(jìng)其中一个(gè)关(guān)键的(de)用途(tú)就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特(tè)芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化(huà)的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会(huì)意(yì)味着人类(发小是男的还是女的啊 发小是指什么关系lèi)并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗(àn)物质存在的(de)实际证据。那(nà)么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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