宇(yǔ)宙是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗(àn)物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家(jiā)们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周(zhōu)围(wéi)一定有(yǒu)未知的(de)天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推(tuī)算(suàn)并且发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当(dāng)中，可(kě)当(dāng)我们上升到(dào)星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后(hòu)发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的(de)范围。

第(dì)一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个(gè)星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的(de)运动速度(dù)。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)。只是当时的人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女(nǚ)座(zuò)星系(xì)中的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的结果却让人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与中心距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律(lǜ)，在星系当中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这(zhè)种现象，科(kē)学家(jiā)们会(huì)使(shǐ)用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物(wù)质的(de)存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测(cè)量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的距(jù)离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外(wài)，太阳(yáng)系位于(yú)银河系(xì)的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那(nà)么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的(de)原因(yīn)很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的(de)研(yán)究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物质(zhì)的(de)存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发现了一个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离(lí)地(dì)球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数(shù)量(liàng)却只有银(yín)河系的千分之一(yī)。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的详细(xì)测(cè)量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又(yòu)有人(rén)提出(chū)，也许该星系的(de)暗物(wù)质(zhì)，已经被附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们(men)的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星(xīng)团(tuán)的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是(shì)在(zài)数百万光(guāng)年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这(zhè)些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它(tā)们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系的(de)气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底(dǐ)是(shì)不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不(bù)是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大(dà)的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是(shì)当星团(tuá宋朝二府三司分别是什么，二府三司分别是什么东府和西府n)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到(dào)的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成(chéng)了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分(fēn)表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它(tā)们之间的温(wēn)差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好(hǎo)地解释了(le)很多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式(shì)也不相(xiāng)同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值，然(rán)后(hòu)在(zài)11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这可能是(shì)人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过(guò)程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则(zé)与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方(fāng)向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是(shì)理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在(zài)11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中，太(tài)阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至(zhì)连意大利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科(kē)学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的实(shí)验室，这里(lǐ)的季节(jié)与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特(tè)征和第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应的数据支(zhī)持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视(shì)场仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子(zi)天体物理中心(xīn)的科(kē)学(xué)家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的(de)证(zhèng)实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着(zhe)人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这(zhè)样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们(men)觉得(dé)暗(àn)物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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