宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物(wù)质(zhì)存在的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过(guò)50次的长期实(shí)验，但是(shì)却(què)没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后的几百年来(lái)，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定(dìng)有未知的(de)天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力(lì)束(shù)缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的(de)质量"，需要(yào)的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在(zài)星系团(tuán)内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出(chū)了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗(àn)物质”这(zhè)个词才(cái)再(zài)一(yī)次(cì)出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够大的(de)质量来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远(yuǎn)镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石现它们的旋(xuán)转速(sù)度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大(黑玛瑙和红玛瑙哪个好，黑玛瑙为什么又叫短命石dà)于理(lǐ)论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加速度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物(wù)质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从(cóng)这(zhè)时开始，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不(bù)多(duō)，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒(héng)星数量却(què)只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论(lùn)上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进(jìn)行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和(hé)力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的工作方式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于(yú)在星(xīng)系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引(yǐn)力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位(wèi)于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验(yàn)证它的质量区(qū)域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形(xíng)变。其实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭(niǔ)曲(qū)了(le)，也不是(shì)韦伯望(wàng)远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的东(dōng)西的(de)引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是(shì)引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能(néng)是超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是(shì)暗物质。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的时候(hòu)，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所以最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子(zi)弹星系团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被(bèi)认为是暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万(wàn)年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空(kōng)间(jiān)背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较(jiào)高(gāo)的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则(zé)表示相(xiāng)对较(jiào)冷的(de)区域，但实际(jì)上(shàng)它们(men)之间(jiān)的(de)温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他(tā)的电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的实(shí)验方式也不(bù)相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻找这些(xiē)看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们已经进(jìn)行了(le)超(chāo)过50次的实验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地方(fāng)，意大(dà)利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生(shēng)周(zhōu)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(wéi)绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也(yě)在(zài)以这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的振荡(dàng)，同时(shí)地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的(de)时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致(zhì)的(de)，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而(ér)在(zài)6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时(shí)段(duàn)。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们(men)所(suǒ)观测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他(tā)的(de)情况(kuàng)，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客(kè)的数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又(yòu)在南(nán)半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗(àn)物(wù)质所存在(zài)的(de)非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的(de)数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个(gè)关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒子(zi)天体物理中心的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有另一(yī)种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中(zhōng)生命(mìng)的诞生，或者说是生命进(jìn)化(huà)的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实(shí)，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物(wù)质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实(shí)际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到(dào)底存不(bù)存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我更(gèng)新的动力(lì)！

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