宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨克牛顿(dùn)发(fā)表了(le)万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引力(lì)定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星(xīng)团的(de)尺度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个(gè)由(yóu)数(shù)千个星系所组成的巨(jù)大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可(kě)以确定其质量(liàng)的(de)范西安军事院校有几所，西安军事院校有几所大学围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度(dù)比(bǐ)理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形(xíng)的物质。

据此，西安军事院校有几所，西安军事院校有几所大学兹维基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们(men)对这样(yàng)的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转速(sù)度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根据(jù)牛(niú)顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现象，科学家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这(zhè)种方(fāng)法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了(le)一起。

也是从这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星(xīng)系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在一项新(xīn)的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩(bēng)离(lí)析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力(lì)学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引力的(de)理解还不(bù)够全面，引力很可能在(zài)不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我(wǒ)们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不(bù)同(tóng)的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科(kē)学家还引(yǐn)入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的(de)概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质(zhì)假说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质(zhì)存在的(de)其他的理论(lùn)证据(jù)，这(zhè)些(xiē)理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底是(shì)不是(shì)集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个(gè)质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量的东(dōng)西的(de)引力，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的(de)大(dà)质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可(kě)被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止(zhǐ)最好的(de)理(lǐ)论证据。

除此之外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会(huì)减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动(dòng)所(suǒ)需要的暗(àn)物质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本质就是(shì)宇宙当中(zhōng)存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性(xìng)的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三(sān)层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样。一些科学家(jiā)认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质存(cún)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致，这是理论上(shàng)地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了(le)最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其(qí)他的情(qíng)况(kuàng)，造成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一(yī)个几乎相同(tóng)的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季(jì)节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和第一个实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新(xīn)的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们(men)只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是(shì)生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力！

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