宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科学无(wú)法解释(shì)的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年(nián)当(dāng)中进(jìn)行了超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验(yàn)，但是却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体(tǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推(tuī)算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现都是应(yīng)用万有引力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒(héng)星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究和测量后发星系(xì)团的(de)质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得(dé)其"光度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量(liàng)星(xīng)系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度(dù)学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量(liàng)速度的过(guò)程中，兹威基发现星系(xì)团中很多星系的速度比理论(lùn)上要快得(dé)多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无法将它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯(kěn)特(tè)福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢(màn)。但是(shì)他们(men)观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(d哈巴狗是什么意思，哈基米是什么意思e)旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这(zhè)些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们(men)会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬(xuán)臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实(shí哈巴狗是什么意思，哈基米是什么意思)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开(kāi)始，越来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小差异(yì)。另外，天(tiān)文(wén)学家(jiā)还发现(xiàn)了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是(shì)可以用(yòng)正常的(de)物质和力学定(dìng)律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用，科学(xué)家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在的(de)物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些(xiē)发(fā)现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的(de)星团，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时(shí)发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子弹星系团(tuán)大部分的质量将位于所(suǒ)有这些气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么(me)来验证它的质量区域(yù)到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似(shì)乎被(bèi)拉伸产生了(le)巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团(tuán)发生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气(qì)体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也(yě)被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红(hóng)色的(de)部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通(tōng)域(yù)提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇宙当中(zhōng)没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运动所(suǒ)需要(yào)的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当(dāng)中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们(men)不参与任何(hé)其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了(le)数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了(le)超过50次(cì)的实验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在(zài)每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一(yī)些科学(xué)家(jiā)认为这可能(néng)是(shì)人类发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银(yín)河系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味(wèi)着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实(shí)验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用(yòng)途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重要因(yīn)素(sù)。

如果这一理论得(dé)到(dào)进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这(zhè)样(yàng)的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些(xiē)推论(lùn)的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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