宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当中进行了(le)超过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的(de)时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王(wáng)星的发(fā)现都是应用(yòng)万有(yǒu)引力(lì)定律所取(qǔ)得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系(xì)统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡(guǐ)异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量后发星系团(tuán)的质量。这是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质量(liàng)一(yī)般会使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一耳钉买925银好还是999好，925银适合养耳洞吗致，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量的(de)范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星(xīng)系(xì)团(tuán)的运(yùn)动(dòng)速(sù)度。当测(cè)量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威(wēi)基(jī)彻(chè)底懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星(xīng)系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比(bǐ)理论上要快得多，按(àn)照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的(de)引力是无法将它(tā)们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座(zuò)星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但是他们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力(lì)定律，在星系(xì)当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的(de)质(zhì)量来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释(shì)暗物质的(de)存在，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离(lí)星系中心的距(jù)离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物(wù)质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜(jìng)测(cè)量了距离(lí)星系中(zhōng)心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符(fú)合(hé)牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千(qiān)米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速(sù)度的原因很可(kě)能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星(xīng)系当中暗物(wù)质的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度(dù)上(shàng)的微(wēi)小差(chà)异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距(jù)离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在耳钉买925银好还是999好，925银适合养耳洞吗(zài)的恒(héng)星数量却(què)只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质和(hé)力学(xué)定律来解(jiě)释的(de)。那么又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系(xì)的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作(zuò)方(fāng)式是不同(tóng)的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为暗物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其(qí)他的(de)理论(lùn)证据，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第(dì)一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片(piàn)中我(wǒ)们可以明显地看到很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨(jù)大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问(wèn)题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体(tǐ)和我们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可(kě)能是(shì)超大质量的(de)黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区(qū)域(yù)并(bìng)不是在中(zhōng)间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好(hǎo)的解释方法就是当星(xīng)团(tuán)发生全部(bù)的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对子弹(dàn)星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇宙(zhòu)当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而(ér)要寻找这些不同的目标(biāo)粒(lì)子所需要的实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学(xué)家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据(jù)收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降(jiàng)到最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方(fāng)向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最(zuì)快(kuài)的时(shí)段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号(hào)的差异(yì)也可(kě)能(néng)是温度、湿度(dù)、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相同的(de)实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和(hé)第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可(kě)以得到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据了。但是由于这个(gè)实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无法提供(gōng)相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个(gè)关键的(de)用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室粒(lì)子天(tiān)体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。那么小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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