宇宙是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几(jǐ)百年来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的异(yì)常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后(hòu)发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引力(lì)束缚在(zài)一起。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法结(jié)果一(yī)致(zhì)，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获(huò)得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量(liàng)的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团(tuán)中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的(de)形式所(suǒ)存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在(zài)测量速度的(de)过程中，兹威基发现星(xīng)系团(tuán)中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将它(tā)们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐形的(de)物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不可见的暗(àn)质，它不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的恒(héng)星运动(dòng)。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越(yuè)慢(màn)。但是他食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写们观(guān)测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于(yú)这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法(fǎ)就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度(dù)并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们的(de)太阳系也(yě)不(bù)例外，太阳系位于银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个(gè)实(shí)际(jì)速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原(yuán)因很(hěn)可能就(jiù)是存(cún)在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来(lái)越多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学(xué)家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物(wù)质的质量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是(shì)唯一可以(yǐ)解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应(yīng)的遥(yáo)远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离地球大约(yuē)2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系(xì)不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用正常的(de)物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来解释的(de)。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造(zào)成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺(chǐ)度空(kōng)间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在(zài)行(xíng)星系(xì)尺度(dù)中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式运动。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同的方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿(yì)光(guāng)年的(de)子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星(xīng)际气(qì)体(tǐ)的相互(hù)作用就会导致温度的(de)急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于(yú)所有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来(食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写lái)验(yàn)证它(tā)的质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的(de)高(gāo)清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超级(jí)巨大的(de)天(tiān)体遮(zhē)挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物(wù)质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并(bìng)不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄(qì)今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科学家们(men)通过对前景背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域(yù)提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不应该(gāi)是(shì)这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们(men)需要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着(zhe)。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何(hé)其他(tā)的电磁(cí)作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相(xiāng)互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以(yǐ)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(zài)的实际(jì)证据(jù)。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类(lèi)为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质(zhì)性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的(de)地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家声称(chēng)观测(cè)到了某种信号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在20年当中每年都(dōu)是一样(yàng)。一(yī)些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速度在穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质流(liú)，这个过(guò)程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗物(wù)质流(liú)的(de)运动(dòng)特征和第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常(cháng)有力(lì)的证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们(men)只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在(zài)，它们极(jí)有可能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因(yīn)素(sù)。

如果这一(yī)理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个(gè)角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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