宇宙(zhòu)是“人为制造”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(shì)什么？人类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规律。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文(wén)学家们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天(tiān)王(wáng)星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的例(lì)子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测(cè)量(liàng)后(hòu)发星系团的(de)质(zhì)量(liàng)。这是一(yī)个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì蒂玮娜手表是杂牌吗，蒂玮娜手表一千多值得买吗)量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在(zài)，我(wǒ)们无法看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的(de)速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系团之外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的(de)增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿(dùn)的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有(yǒu)足(zú)够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是测量星系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的(de)距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离(lí)星系(xì)中(zhōng)心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速(sù)度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际(jì)上，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在(zài)着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看(kàn)不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效应(yīng)将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家根据(jù)星(xīng)系外恒星轨道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力(lì)效应(yīng)的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异(yì)。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之(zhī)后(hòu)，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常(cháng)的(de)物质和力学定律来解释(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(yī)个大星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现(xiàn)象的(de)除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同的(de)方式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论(lùn)成立，这意味着我(wǒ)们需(xū)要对现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的(de)理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子(zi)弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升(shēng)高(gāo)，速(sù)度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这些气体所在(zài)的中间区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变(biàn)。其(qí)实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体可能是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候(hòu)，发现它(tā)的大(dà)质量(liàng)区域并(bìng)不是(shì)在中间，而(ér)是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的(de)碰撞时(shí)，可被(bèi)观测(cè)到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了(le)中间，暗物(wù)质则(zé)直接(jiē)通过了这个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之(zhī)后，这些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了(le)各相同(tóng)性的(de)微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的(de)二值图像进(jìn)行连通域(yù)提取和(hé)标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的暗(àn)物(wù)质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了(le)一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在(zài)，就相当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标(biāo)粒(lì)子(zi)所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与(yǔ)常规物质相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实(shí)验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地(dì)方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学(xué)实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物(wù)质会产生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那么(me)如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个(gè)过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度(dù)围绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时段。而在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也(yě)可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量也(yě)符合这个周期的(de)规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与之前的(de)实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特(tè)征和第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验蒂玮娜手表是杂牌吗，蒂玮娜手表一千多值得买吗室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研(yán)究发现，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会(huì)支持(chí)宇宙(zhòu)当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命(mìng)进化(huà)的一个重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物质会不会意味着(zhe)人类并(bìng)不(bù)孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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