宇宙是(shì)“人为(wèi)制造(zào)”的？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质又究竟是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在(zài)过去的几十年当(dāng)中进行(xíng)了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律(lǜ)的(de)时候，他们(men)就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星(xīpp7塑料杯能不能装开水ng)运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成就的(de)例子(zi)。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们(men)上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和测量后(hòu)发星系团的质量。这是一个由数(shù)千(qiān)个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在(zài)一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质量(liàng)一(yī)般会使用到(dào)两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学(xué)质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了，或(huò)者(zhě)说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡(guǐ)异(yì)的是(shì)，在测量速度(dù)的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束(shù)缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一次出现。天文学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上(shàng)来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思议。

随着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中(zhōng)如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质(zhì)的存在，这种方(fāng)法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素(sù)，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据(jù)万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕(rào)银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心(xīn)加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们(men)看不到(dào)的物质，是(shì)这些(xiē)暗物质(zhì)的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中(zhōng)暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现象的(de)原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星(xīng)数(shù)量却只有银河系的千分(fēn)之(zhī)一(yī)。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必(bì)须存(cún)在暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先(xiān)进的望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测量之(zhī)后(hòu)，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一(yī)个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度(dù)空(kōng)间中(zhōng)的工作(zuò)方式是(shì)不同的，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们需(xū)要对现在(zài)的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理论就此终结。但(dàn)是在宇pp7塑料杯能不能装开水宙当中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存在的(de)其(qí)他的理论(lùn)证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系(xì)团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会(huì)导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体和(hé)我们地球上(shàng)的观测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就(jiù)是引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观(guān)测的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量(liàng)气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光(guāng)。从(cóng)宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高(gāo)的区(qū)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之一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值(zhí)的幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数(shù)十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而要寻找这(zhè)些不(bù)同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式也不相同。在过去的(de)几(jǐ)十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸(mō)不(bù)到，几乎(hū)不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互(hù)作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实(shí)验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学(xué)家声(shēng)称(chēng)观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现(xiàn)了一个(gè)有趣(qù)的事情。探测率会在每年的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年(nián)度信号呢(ne)？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外(wài)半(bàn)年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温(wēn)度(dù)、湿(shī)度、土(tǔ)壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至(zhì)连(lián)意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季(jì)节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特(tè)征和(hé)第一个实验室(shì)是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但(dàn)是由于这(zhè)个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于(yú)探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然(rán)，这些(xiē)推论的大前提(tí)是要先找到暗(àn)物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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