宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在(zài)过去的(de)几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现(xiàn)任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个(gè)地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比(bǐ)如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的(de)存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都(dōu)是(shì)应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成就(jiù)的例子(zi)。但是这(zhè)些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可(kě)当我们上升到星系(xì)或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基(jī)正(zhèng)在研究(jiū)和测量(liàng)后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系(xì)团，这些(xiē)星系被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起。测量星系团的(de)质(zhì)量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就可(kě)以确(què)定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数(shù)据是测量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运动速度。当测量结果出来(lái)之后，兹威(wēi)基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论(lùn)上要快得(dé)多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可(kě)见星系的质量所产(chǎn)生的引(yǐn)力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早(zǎo)就应该(gāi)被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量来源(yuán)于某种隐形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却(què)占据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝(jué)大(dà)部分(fēn)的(de)质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的(de)恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在(zài)星系当中如(rú)果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家(jiā)们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以(yǐ)及在Y轴上(shàng)气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们(men)通过射电望(wàng)远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度(dù)的原因(yīn)很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗(àn)物(wù)质(zhì)的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这(zhè)时(shí)开始(shǐ)，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是(shì)唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个(gè)反常(cháng)的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系(xì)的(de)千(qiān)分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细测量(liàng)之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引力(lì)很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的(de)轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在星系(xì)团(tuán)之间的(de)相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制全国文明城市几年评选一次 全国文明城市是不是终身制概念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模(mó)上，巨大的(de)质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味着我们(men)需要对现在的物(wù)理定律进行修正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质假说(shuō)理(lǐ)论就(jiù)此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论(lùn)证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速(sù)度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们(men)可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者(zhě)之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当(dāng)人们对子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也(yě)被认为是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了(le)。经(jīng)过(guò)了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗(àn)物(wù)质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了一个简单的理(lǐ)论框架，就很好地(dì)解释(shì)了很多不同的观测(cè)结果。而(ér)暗(àn)物质(zhì)的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的(de)粒子，它们不参与任何其(qí)他的电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些(xiē)不同(tóng)的目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已经进(jìn)行了超过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何(hé)实(shí)质性的(de)发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰(lán)萨索(suǒ)山(shān)，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在(zài)山下(xià)1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期性(xìng)震(zhèn)荡。

自(zì)1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了(le)某(mǒu)种信号。经(jīng)过了(le)20多年(nián)的数(shù)据收集，人(rén)们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以有(yǒu)半年(nián)的时间(jiān)，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外(wài)半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完(wán)全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并(bìng)不影(yǐng)响(xiǎng)这个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年度周期(qī)信号的差异(yì)也(yě)可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意(yì)大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如(rú)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(fēi)常有力的证据了(le)。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键的用(yòng)途就是(shì)探(tàn)索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样(yàng)的效应创造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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