宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家(jiā)们在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛(niú)顿发表了万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发(fā)现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的(de)天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子(zi)。但是这些发现都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基(jī)正在研(yán)究和测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系(xì)团，这些星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量一般会(huì)使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度(dù)学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的(d粗犷，粗旷和粗犷区别在哪e)过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系(xì)的速度比(bǐ)理论(lùn)上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛(pāo)出星系团之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们(men)观测的结果却让(ràng)人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足够大(dà)的(de)质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物质的(de)存在，这种方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大(dà)于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学(xué)家根据(jù)星(xīng)系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物(wù)质(zhì)并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星数量(liàng)却只有银河(hé)系的千分之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那么(me)又有人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成这(zhè)些现象的除了(le)暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中(zhōng)的天体会沿着它(tā)们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的(de)相互作用则(zé)是不同(tóng)的方(fāng)式。对(duì)于在星(xīng)系团(tuán)之间的相(xiāng)互(hù)作用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数百万光年(nián)的规模(mó)上，巨(jù)大的质量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需(xū)要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部(bù)分(fēn)的普通质量都在星(xīng)系(xì)的气体当中。当星(xīng)团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区(qū)域。那么我们通过(guò)什(shén)么(me)来验证它的质量区域到底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一(yī)张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或(huò)者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发(fā)生(shēng)全(quán)部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论(lùn)证据(jù)。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色(sè)的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不(bù)应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的(de)测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中(zhōng)恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了(le)很多不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhò粗犷，粗旷和粗犷区别在哪u)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科(kē)学(xué)家(jiā)们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些(xiē)不(bù)同的目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大粗犷，粗旷和粗犷区别在哪利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学(xué)实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一(yī)个(gè)有趣的事(shì)情(qíng)。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月(yuè)降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地球穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物质流最快的(de)时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并(bìng)不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到的(de)周期性信(xìn)号。当然也可能有其他的(de)情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也(yě)符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎(hū)相同的实验室，这(zhè)里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验(yàn)室(shì)正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流(liú)的运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗(àn)物(wù)质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相(xiāng)应的(de)数(shù)据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪(yí)器提(tí)供(gōng)的视(shì)野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个关键的用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论(lùn)的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是我更新的动力！

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