宇宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物(wù)质”？暗物质(zhì)又究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过50次的(de)长期实(shí)验，但是却没有发现(xiàn)任何的(de)有效证据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些(xiē)天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天(tiān)体通过引力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子(zi)。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当(dāng)中，可(kě)当我们上(shàng)升到(dào)星系或者是星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事(shì)情就(jiù)开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千(qiān)个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大(dà)星(xīng)系团，这些星系被引力束缚(fù)在一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计算(suàn)，是(shì)利用(yòng)光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团(tuán)内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没有足(zú)够大(dà)的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物质的力量进(jìn)入(rù)其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之上(shàng)，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引力定律进行计算，太(tài)阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种(zhǒng)向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的(de)存(cún)在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估(gū)算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之(zhī)间，也会(huì)出(chū)现速度上的(de)微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的(de)恒星(xīng)数量却只有(yǒu)银(yín)河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了(le)40个小时的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和(hé)力学定(dìng)律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附近的(de)另一个(gè)大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入了外(wài)部场效(xiào)应的概念，指的(de)是在数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们(men)需要对现在的(de)物(wù)理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当(dā负荆请罪的历史人物是哪位人，负荆请罪的历史故事中的主要人物是谁ng)中还有(yǒu)关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的(de)子弹(dàn)星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以在理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)负荆请罪的历史人物是哪位人，负荆请罪的历史故事中的主要人物是谁大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是(shì)暗(àn)物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在(zài)的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸(zhà)开始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这(zhè)些光在宇宙空(kōng)间(jiān)背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家(jiā)们通过(guò)对前景背景分离后的(de)二值图像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当中(zhōng)恒(héng)星运动所需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解释(shì)了(le)很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引力(lì)来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的(de)发现(xiàn)，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银河(hé)系(xì)进行(xíng)移(yí)动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我们也在(zài)以这样的(de)速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生相应(yīng)的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与太阳环绕银(yín)河系的方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致(zhì)，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学(xué)家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成(chéng)这种年度周(zhōu)期信号的差异也可能是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验(yàn)室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反(fǎ负荆请罪的历史人物是哪位人，负荆请罪的历史故事中的主要人物是谁n)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)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(yǒu)力的证据了(le)。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射(shè)一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实(shí)验室(shì)粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀(pò)和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命(mìng)进化的一个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样(yàng)的(de)效应创造生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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