宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造(zào)”的(de)？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过50次(cì)的(de)长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力(lì)在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些(xiē)发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般(bān)会使用(yòng)到(dào)两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量(liàng)的范围。

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

第二(èr)种是动(dòng)力学质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团(tuán)中的各个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对(duì)于星系团的运动速度。当(dāng)测(cè)量(liàng)结果出来(lái)之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之(zhī)外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星运动。理论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量来吸引它(tā)们(men)，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方法来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就(jiù)认为是由暗物质的力量(liàng)进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜测量(liàng)了(le)距离(lí)星(xīng)系(xì)中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度(dù)并(bìng)不符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心(xīn)2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的引(yǐn)力效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因(yīn)。在一项新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学(xué)家(jiā)们(men)发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学(xué)家还发(fā)现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和(hé)银河系不(bù)多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数量却只有银河(hé)系的千分之一。

所以(yǐ)在(zài)理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最(zuì)先进的望远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力学定(dìng)律来解释的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪(guài)的(de)是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引(yǐn)力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方式运动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外(wài)部(bù)场效应的概念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质(zhì)假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它们(men)大部分的(de)普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的(de)高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的(de)被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极(jí)遥(yáo)远的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹星系(xì)团观测的时(shí)候，发现它(tā)的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡(kǎ)在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为是暗(àn)物质存在word中1.5倍行间距相当于多少磅，word1.25倍行距是多少磅的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色(sè)的部分表示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝(lán)色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对较(jiào)冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射(shè)的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗(àn)物(wù)质大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这(zhè)个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的观测(cè)结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质(zhì)的本质(zhì)就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某(mǒu)种类型(xíng)的粒(lì)子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果(guǒ)能够找到(dào)这(zhè)种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是什(shén)么(me)？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同(tóng)的目标粒子所需要的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与常规物(wù)质相(xiāng)互作(zuò)用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索(suǒ)山，隶(lì)属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学(xué)实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼(lóu)高的探测(cè)器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可(kě)能是人类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的(de)速(sù)度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因(yīn)此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能有(yǒu)其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符合这(zhè)个(gè)周期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家(jiā)们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的(de)实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和(hé)第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是探索暗物质背(bèi)后的word中1.5倍行间距相当于多少磅，word1.25倍行距是多少磅(de)奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们只能拭目以待(dài)了(le)。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研究(jiū)发现，如果暗(àn)物质存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一(yī)种神秘的(de)效应(yīng)，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进(jìn)一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动力！

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