宇宙是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期实验，但是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除(chú)了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万有引力定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的(de)规(guī)律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄动(dòng)它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中，可(kě)当我们(men)上升(shēng)到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消(xiāo)失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过程(chéng)中，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快(kuài)得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将它们(men)束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应(yīng)该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据(jù15个工作日是多长时间 15个工作日包括周六周日吗)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占(zhàn)据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的(de)人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观测的(de)结果却让人感到(dào)不可(kě)思议(yì)。

随着与中(zhōng)心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有(yǒu)足够大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法(fǎ)来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离(lí)星系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的(de)旋转(zhuǎn)速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定(dìng)律进(jìn)行计算(suàn)，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不(bù)是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的遥(yáo)远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时的(de)详细测(cè)量之(zhī)后，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的(de)假说之外，另(lìng)一种可(kě)能(néng)就是人类对引(yǐn)力的(de)理解还不够(gòu)全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部(bù)场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认(rèn)为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论(lùn)就此(cǐ)终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他(tā)的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低(dī)。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量(liàng)将位于(yú)所有(yǒu)这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产生了巨大(dà)的形变。其实这些星系(xì)本(běn)身并(bìng)不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不(bù)是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我们地(dì)球(qiú)上的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身后更遥远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气(qì)体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆(bào)炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分表(biǎo)示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得(dé)看(kàn)起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框(kuāng)架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不参(cān)与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互(hù)作用(yòng)。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存(cún)在的(de)实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提(tí)出了数十(shí)种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常规物质(zhì)相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测(cè)器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的(de)科学家声(shēng)称观测到了(le)某(mǒu)种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质的第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况(kuàng)中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响这个理论的有效(xiào)性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的(de)周期性信号(hào)。当然也(yě)可(kě)能(néng)有其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相同的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和(hé)第(dì)一(yī)个实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成(chéng)不久，所(suǒ)以截至(zhì)目前(qián)还无法(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃望远(yuǎn)镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪(yí)器提供(gōng)的视(shì)野是(shì)哈勃红外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个(gè)关(guān)键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中(zhōng)心的科学(xué)家丹(dān)琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物质存在(zài)，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者(zhě)说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当(dāng)中的暗(àn)物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际(jì)证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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