宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了(le)寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了(le)一(yī)个地(dì)方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运动的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现(xiàn)某些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不(bù)符合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通(tōng)过(guò)天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星(xīng)系团(tuán)的质量(liàng)。这是一个由数千个(gè)星(xīng)系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引(yǐn)力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个(gè)星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量(liàng)的(de)计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当(dāng)测量结果出来(lái)之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发现星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速(sù)度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人们对这样(yàng)的(de)一种说法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女(nǚ)座星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的运行(xíng)速度就(jiù)会越慢夏洛的网主要内容50字左右，夏洛的网主要内容100字。但是他们观(guān)测的结果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力(lì)定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它(tā)们，这些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一(yī)种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中(zhōng)心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的(de)旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物(wù)质的(de)力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距(jù)离(lí)星系中心(夏洛的网主要内容50字左右，夏洛的网主要内容100字xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们(men)的(de)太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离(lí)银河(hé)系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有(yǒu)引力定律进行计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论(lùn)速度(dù)，那么(me)产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效应将星系(xì)聚(jù)集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始(shǐ)，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释(shì)这(zhè)个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因。在一项(xiàng)新(xīn)的研究当(dāng)中(zhōng)，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另外，天文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系(xì)不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的。那么又有人提(tí)出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的(de)理解还(hái)不(bù)够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺度空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的(de)相互作用(yòng)则是不同的方式。对于(yú)在星系(xì)团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的(de)概(gài)念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年的规模上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的(de)普通质量都(dōu)在星系(xì)的(de)气体当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星(xīng)际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所(suǒ)以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么(me)我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量(liàng)区(qū)域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真(zhēn)的(de)被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观(guān)测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是(shì)暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发(fā)现它的大质量(liàng)区域并不是在中(zhōng)间，而(ér)是在(zài)两侧(cè)。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到(dào)的(de)质量(liàng)气体被卡在(zài)了中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过(guò)了(le)这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜(jìng)研究也(yě)被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终(zhōng)于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红(hóng)色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字(zì)与解释星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只通过引力来相(xiāng)互(hù)作用。所(suǒ)以如果(guǒ)能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们(men)已经(jīng)提出了数十种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了(le)某种信(xìn)号(hào)。经(jīng)过了(le)20多年的数据(jù)收集(jí)，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年(nián)的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着(zhe)我(wǒ)们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年(nián)则与之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在(zài)11月份(fèn)，又恰好达(dá)到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的(de)平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是(shì)这并不(bù)影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研究人员们(men)所观测到(dào)的周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的(de)差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家(jiā)们又在南(nán)半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之前的实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物(wù)质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如(rú)果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还(hái)无(wú)法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探(tàn)索暗物(wù)质背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特芬研究发现，如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗(àn)物质会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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