宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出(chū)现(xiàn)异常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通过引力在摄(shè)动(dòng)它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异常，推算并且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获(huò)得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量星系(xì)团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无法看(kàn)到(dào)。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它们(men)束(shù)缚(fù)在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这(zhè)样的(de)一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们(men)会(huì)使用一种相对标准的(de)沅有芷兮澧有兰什么意思怎么读，沅有芷兮澧有兰 什么意思方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速(sù)度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在(zài)。科(kē)学家(jiā)根据星系外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先(xiān)进的(de)望远镜对其进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质的(de)假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不(bù)同的，这意味着在行(xíng)星系尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了(le)外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年(nián)的规(guī)模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还(hái)有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气(qì)体的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)就会(huì)导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显地看到很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是(shì)韦伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体可能是(shì)超大(dà)质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的(de)解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个(gè)区域(yù)，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗(àn)物质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一(yī)些峰值的幅(fú)度(dù)会(huì)减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解(jiě)释了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是(shì)什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已经提(tí)出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所(suǒ)需要的(de)实(shí)验方式也不(bù)相同。在(zài)过(guò)去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的(de)实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当(dāng)中(zhōng)，藏着(zhe)地球上最(zuì)大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层(céng)楼高的(de)探测器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了20多年(nián)的数据收集(jí)，人们发现了(le)一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的(de)第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的(de)年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好(hǎo)达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也符合(hé)这个(gè)周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在(zài)这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征(zhēng)和第(dì)一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚(gāng)建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研究(jiū)发(fā)现，如(rú)果暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造(zào)生命(mìng)。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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