宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们(men)在过去的(de)几十年当中(zhōng)进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力(lì)在(zài)摄(shè)动它的(de)轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的(de)异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文成就(jiù)的例(lì)子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事(shì)情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量(liàng)后发星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大(dà)星(xīng)系团(tuán)，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出(chū)来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星系的速度比(bǐ)理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星系团之(zhī)外了，除非有(yǒu)一种神(shén)秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样(yàng)的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的(de)质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力量(liàng)进入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系(xì)位于(yú)银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的引力(lì)效应将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系当中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科(kē)学(xué)家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是(shì)星(xīng)系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的(de)恒(héng)星运动是可(kě)以用正(zhèng)常的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个(gè)大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一(yī)种可能就是(shì)人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全面(miàn)，引(yǐn)力(lì)很可(kě)能(néng)在(zài)不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理(lǐ)论成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认(rèn)为暗(àn)物(wù)质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证(zhèng)据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团所(suǒ)组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分的质量(liàng)将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我二氧化氮是不是酸性氧化物，一氧化二氮的作用与功效们通过什么来验证(zhèng)它的(de)质量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可(kě)以明(míng)显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜(jìng)出了什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测到的(de)质(zhì)量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星系(xì)团(tuán)的引力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射(shè)。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们(men)通过(guò)对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就很好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒(lì)子，它(tā)们不(bù)参与任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据。这(zh二氧化氮是不是酸性氧化物，一氧化二氮的作用与功效è)种粒子到底(dǐ)是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出(chū)了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没(méi)有任何(hé)实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声(shēng)称(chēng)观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接(jiē)证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲了太(tài)阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的(de)速(sù)度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际(jì)的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征(zhēng)和第(dì)一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可(kě)以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常有力的证据(jù)了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法提供(gōng)相应的(de)数据(jù)支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如(rú)果(guǒ)暗物质存在(zài)，它(tā)们极有可(kě)能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物(wù)质效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物(wù)质存(cún)在的(de)实际(jì)证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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