宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但(dàn)是却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效(xiào)证据(jù)。除了(le)一(yī)个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规律。往后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成(chéng)就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我们(men)上(shàng)升到星(xīng)系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系团的(de)质量。这是(shì)一个(gè)由数千个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量星系团的质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量(liàng)的计(jì)算，是(shì)利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

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据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部(bù)分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着(zhe)宇宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才再一(yī)次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测(cè)的(de)结果(guǒ)却让(ràng)人感到不可思(sī)议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星系当中(zhōng)如(rú)果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距(jù)离，以(yǐ)及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距(jù)离星系(xì)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(niú)顿的力学定律。我们的(de)太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳(yáng)系位于银河(hé)系(xì)的第三悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际(jì)速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上这(zhè)种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能(néng)就是存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越(yuè)多(duō)的(de)研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的(de)存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算(suàn)在星系(xì)当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个现象的(de)原因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和(hé)银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星(xīng)系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质量(liàng)之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的(de)效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进行(xíng)修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的(de)气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生(shēng)碰撞的(de)时候(hòu)，星际气(qì)体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所有这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上的观(guān)测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团(tuán)观测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见光(guāng)终于可(kě)以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的(de)微波(bō)辐射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图形看起(qǐ)来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅(fú)度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的(de)测量值，我们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是一(yī)致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结(jié)果(guǒ)。而(ér)暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的粒子，它们不(bù)参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就(jiù)相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有(yǒu)任何(hé)实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意(yì)大(dà)利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)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(lǐ)有一(yī)个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物(wù)质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发现暗(àn)物质的第(dì)一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的(de)速度(dù)在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太(tài)阳的(de)方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另外半年(nián)则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到(dào)完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好达到了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信(xìn)号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利游客的(de)数量(liàng)也符合这个周期的(de)规(guī)律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一(yī)个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供(gōng)的视野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究(jiū)发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神(shén)秘的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落(luò)的行星上(shàng)，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗(àn)物(wù)质存在的(de)实际证据。那么小伙(huǒ)伴们中国人口第一大省，中国人口第一大省排名，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我(wǒ)更新的(de)动力(lì)！

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