宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证据，科(kē)学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实验(yàn)，但(dàn)是却没有(yǒu)发现任(rèn)何(hé)的(de)有效证(zhèng)据。除了(le)一个(gè)地方，在(zài)1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引力定律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的(de)尺度，事情(qíng)就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个(gè)由数千个星系(xì)所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就可以确(què)定其质量的范(fàn)围。

第一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种(zhǒng)是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对(duì)于(yú)星系(xì)团(tuán)的(de)运动速(sù)度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存(cún)在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速度(dù)的(de)过(guò)程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很多(duō)星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就应该被食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写抛出星系团(tuán)之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样部分不(bù)可见的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它(tā)们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎(hū)保持(chí)不(bù)变。可(kě)是根据牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来(lái)解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体(tǐ)的(de)旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗(àn)物质的力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学(xué)家(jiā)们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们(men)的(de)旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大(dà)于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越(yuè)来越(yuè)多(duō)的研究人员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒(héng)星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系(xì)质量的(de)85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银(yín)河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对(duì)其进(jìn)行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经被(bèi)附近的另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着(zhe)在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们(men)的轨道，按照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的(de)方(fāng)式运动。但(dàn)是上(shàng)升(shēng)到(dào)星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产生对(duì)彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的(de)物理定(dìng)律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的(de)相互作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这(zhè)些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到底是(shì)不(bù)是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的(de)天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧(cè)。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的(de)光(guāng)。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光(guāng)终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后(hòu)，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背(bèi)景上留(liú)下了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就很好地解释了(le)很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学家(jiā)们已经(jīng)提出(chū)了数十种的(de)假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类(lèi)为了(le)寻找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三(sān)层楼高的探(tàn)测器，一(yī)直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多(duō)年的(de)数据(jù)收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在(zài)每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一(yī)些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗(àn)物质的(de)第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系(xì)正(zhèng)在以220公里/秒的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果(guǒ)暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以(yǐ)这样的(de)速度在穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地(dì)球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在(zài食盐水的化学式怎么写，石灰水的化学式怎么写)实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平(píng)面呈现了(le)60度的(de)倾(qīng)斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周期性信号。当然也可(kě)能有其他(tā)的(de)情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年度周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了(le)一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的实(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到(dào)相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截(jié)至(zhì)目前(qián)还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实(shí)，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物(wù)质到(dào)底存不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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