宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据(jù)。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的(de)几百(bǎi)年(nián)来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知(zhī)道，周围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大(dà)天文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被引力(lì)束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要(yào)的数(shù)据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的(de)各(gè)个星(xīng)系(xì)相对于星系团的(de)运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到(dào)。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光(guāng)、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来(lái)说，距离中心(xīn)越远的(de)恒(héng)星在其轨道上的运行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们(men)观测的结果却让人感到不(bù)可(kě)思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没(méi)有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它(tā)们(men)，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fā十斋日是哪几天，十斋日是哪几天是农历ng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这种方法就是(shì)测量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系旋转，这(zhè)个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的(de)研(yán)究当中，科学(xué)家们(men)发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进行(xíng)了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何(hé)星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人(rén)类(lèi)对(duì)引力的理解还不够全面，引力很可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的(de)工作方(fāng)式是不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解(jiě)的(de)方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对(duì)于(yú)在(zài)星系(xì)团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立(lì)，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存在的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰撞(zhuàng)的星系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时候，星际气体(tǐ)的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片，在照片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观(guān)测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的大(dà)质量区(qū)域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所以(yǐ)最好的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了(le)各相同性十斋日是哪几天，十斋日是哪几天是农历的(de)微波(bō)辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较高的区(qū)域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值(zhí)图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来(lái)不应该是这(zhè)样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论(lùn)框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就(jiù)相当于找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科学(xué)家们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却没有任何实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致(zhì)力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年都(dōu)是(shì)一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是人(rén)类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的(de)方向正好达到完全一致(zhì)，这是(shì)理论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的情况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信(xìn)号(hào)的(de)差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但(dàn)是(shì)由于(yú)这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的(de)宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的(de)行星上，暗(àn)物(wù)质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的(de)效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持(chí)是我更新的动(dòng)力！

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