宇宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当中进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数学(xué)原理一(yī)书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的(de)天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运行(xíng)轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了海王(wáng)星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都是应(yīng)用万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量。这是(shì)一(yī)个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一(yī)致，就可以确(què)定其(qí)质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测(cè)量星(xīng)系团中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我(wǒ)们(men)无(wú)法看到。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他(tā)们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到(dào)不可(kě)思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保(bǎo)持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系(xì)中心(xīn)的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是自然堂雪域精粹适合什么年龄，自然堂紫色和蓝色哪个好(shì)存在着一种我们看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在(z自然堂雪域精粹适合什么年龄，自然堂紫色和蓝色哪个好ài)了一(yī)起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗(àn)物质(zhì)的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质(zhì)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(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家们发现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也(yě)会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多，但是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近(jìn)没(méi)有任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成这(zhè)些现(xiàn)象的除(chú)了(le)暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的(de)，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们(men)所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修(xiū)正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现也让很(hěn)多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就(jiù)此终结。但是在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些(xiē)理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰(pèng)撞的(de)星系(xì)团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照(zhào)片(piàn)，在照(zhào)片中我们可以明显地看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问(wèn)题(tí)，而是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大(dà)的(de)天体可能(néng)是超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对(duì)子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量区域(yù)并不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好(hǎo)的解释方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域(yù)，并在(zài)两边形成了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子(zi)弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗物质存在的迄今为(wèi)止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对(duì)前景背景分离后的二(èr)值(zhí)图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇(yǔ)宙当中(zhōng)没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所(suǒ)需(xū)要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同(tóng)的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是(shì)什(shén)么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提出了数十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同(tóng)。在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这些看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物(wù)质相互作(zuò)用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年(nián)当(dāng)中每年都(dōu)是一(yī)样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的(de)年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达(dá)到(dào)了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认(rèn)为这可(kě)以用来(lái)解释，研(yán)究人(rén)员们所观(guān)测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度周期信号的(de)差(chà)异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的运动(dòng)特征和第一个实验室(shì)是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信号(hào)，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由(yóu)于(yú)这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但它的宽(kuān)视场仪(yí)器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其中(zhōng)一个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯(sī)特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有(yǒu)可能(néng)拥有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的(de)效(xiào)应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步(bù)的(de)证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会(huì)意(yì)味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更新的(de)动力(lì)！

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