宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通过(guò)引力在(zài)摄动它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王(wáng)星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些(xiē)发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可当(dāng)我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个(gè)星系(xì)所组成的(de)巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结(ji青少年是几岁到几岁了 20岁还能叫少年吗é)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二(èr)种是动(dòng)力学质量(liàng)的计(jì)算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运动速(sù)度(dù)。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失(shī)了(le)，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很(hěn)多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样(yàng)的一种说法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们(men)观(guān)测(cè)的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有(yǒu)足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通过(guò)射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的(de)运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实(shí)际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很(hěn)可(kě)能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物(wù)质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根据(jù)星系外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的研究当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出现速度上的微小差(chà)异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是(shì)星系(xì)当中存(cún)在的恒星(xīng)数量(liàng)却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分(fēn)崩(bēng)离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星运动是(shì)可以用正常的(de)物质和力学(xué)定律来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经(jīng)被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就(jiù)是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应(yīng)的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生(shēng)对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的(de)物理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让(ràng)很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区(qū)域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我(wǒ)们需要(yào)的(de)暗物质大约是(shì)普通物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了(le)20多年的(de)数据收集，人们发(fā)现了一个有趣(qù)的事情。探测率会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时(shí)候，地球(qiú)与太阳青少年是几岁到几岁了 20岁还能叫少年吗(yáng)的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信号(hào)。当然也可能(néng)有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度(dù)周期(qī)信(xìn)号的(de)差异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗(àn)物质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其(qí)中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不(bù)会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先(xiān)找到(dào)暗(àn)物质存在(zài)的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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