宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学(xué)无(wú)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过(guò)去(qù)的(de)几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的(de)发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个(gè)星(xīng)系所(suǒ)组(zǔ)成的巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是测量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是(shì)利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存(cún)在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它(tā)们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是(shì)当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和(héaj和耐克的区别是什么，aj和乔丹的区别是什么)肯特福特(tè)在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们(men)会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的(de)存(cún)在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可(kě)能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星(xīng)系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的(de)存(cún)在。科学家根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力aj和耐克的区别是什么，aj和乔丹的区别是什么(lì)效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也会出现速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中存(cún)在的恒(héng)星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现星(xīng)系(xì)中的恒星(xīng)运动是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力(lì)的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在(zài)星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生(shēng)对(duì)彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据(jù)，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅(fú)降低(dī)。所以(yǐ)在(zài)理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那(nà)么(me)我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集中在(zài)中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸(shēn)产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这(zhè)个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它(tā)的大质量区(qū)域并不是在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星(xīng)团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这个区域(yù)，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的理论证据。

除(chú)此(cǐ)之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后(hòu)，可(kě)见(jiàn)光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通(tōng)域提(tí)取和标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来(lái)不应该(gāi)是这样的(de)，而随着暗物质的(de)增加，一些峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多(duō)不同的(de)观(guān)测结果。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎不会与常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学(xué)实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学(xué)家(jiā)认为这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银(yín)河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中(zhōng)，这意味着我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时(shí)间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕(rào)银河系的方向是(shì)一(yī)致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在(zài)南半球建立(lì)了(le)一个(gè)几乎相同的实验室，这里(lǐ)的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所(suǒ)以(yǐ)截(jié)至目前还无法提供相(xiāng)应的数(shù)据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个关(guān)键的用途就(jiù)是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命(mìng)进化的一(yī)个重(zhòng)要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先(xiān)找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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