宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了寻(xún)找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们在过(guò)去(qù)的几十年(nián)当(dāng)中进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没(méi)有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时候，他们(men)就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨(guǐ)道的异常(cháng)，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用万有引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都是在恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被引力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的(de)是，在测(cè)量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基(jī)发(fā)现星系团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系(xì)的质量所产生的(de)引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们(men)束缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种(zhǒng)力量来源说女生坐摇摇车是什么意思，摇摇车的意思污于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了(le)这样部分不可见的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射光，但是(shì)它们却(què)占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后(hòu)，“暗(àn)物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他(tā)们(men)观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在(zài)星系当中如果没(méi)有(yǒu)足(zú)够大的质量来吸引它们(men)，这些(xiē)外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是(shì)测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现(xiàn)异常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律(lǜ)。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么(me)产生(shēng)以上这种向心(xīn)加速度的(de)原(yuán)因很(hěn)可能就是存(cún)在(zài)着(zhe)一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力(lì)效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可以(yǐ)解释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项新的研究当中(zhōng)，科学(xué)家们发(fā)现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度(dù)上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之(zhī)外，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类(lèi)对(duì)引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的概念(niàn)，指(zhǐ)的(de)是在数百万(wàn)光年(nián)的(de)规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量都在星(xīng)系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅(fú)降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系(xì)团大部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了(le)宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地(dì)球(qiú)上的观测者(zhě)之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引(yǐn)力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方法就是当星(xīng)团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观(guān)测(cè)到(dào)的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在(zài)两边形(xíng)成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系(xì)团的引力透镜研究也(yě)被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最(zuì)好的理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的(de)二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标(biāo)记之后发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来(lái)不应该(gāi)是这样(yàng)的，而随着(zhe)暗物(wù)质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个数字与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需(xū)要的(de)暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简单的理论框架，就很(hěn)好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子(zi)的存在，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什(shén)么(me)？科学家们(men)已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除(chú)了一(yī)个(gè)地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的(de)地(dì)学实验室(shì)，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一(yī)直(zhí)致力于(yú)寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称(chēng)观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可(kě)能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi说女生坐摇摇车是什么意思，摇摇车的意思污)绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味(wèi)着(zhe)我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡(dàng)，同时地(dì)球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度(dù)围(wéi)绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的(de)方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上(shàng)地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太阳系(xì)相对银河(hé)系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所观测(cè)到的周期性(xìng)信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游(yóu)客的数量(liàng)也符(fú)合这(zhè)个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得(dé)到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室(shì)刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的(de)视(shì)野是哈(hā)勃红外(wài)仪器的100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)其中一个(gè)关键的(de)用(yòng)途就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘(mì)，对(duì)于(yú)探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米实验(yàn)室粒(lì)子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极(jí)有可(kě)能拥有另一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一个重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存在(zài)的(de)实际(jì)证(zhèng)据。那(nà)么小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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