宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存(cún)在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动(dòng)的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后的几百年(nián)来，当天文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，周围一(yī)定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星(xīng)的(de)发(fā)现都是应用(yòng)万有引力定律所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围(wéi)。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量(liàng)”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的(de)速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这些可见星系(xì)的质(zhì)量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的(de)质量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时(shí)的人(rén)们对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果却让人(rén)感到不可思议(yì)。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中(zhōng)如(rú)果没有足够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这(zhè)种现象，科(kē)学家们会使用(yòng)一(yī)种相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于(yú)是科(kē)学(xué)家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的(de)力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米(mǐ)/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因很(hěn)可(kě)能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在(zài)了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来(lái)越多的研究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在星(xīng)系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象(xiàng)的原因(yīn)。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天文学家(jiā)还(hái)发现了一(yī)个反常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但是(shì)星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很(五大洋还是四大洋 南大洋中国承认了吗hěn)可能在不同(tóng)尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会(huì)沿着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团之(zhī)间的相(xiāng)互作用(yòng)，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了(le)外部场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需(xū)要对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很(hěn)多人认为暗物(wù)质假说理论就此终结。但是(shì)在(zài)宇宙当中还有关(guān)于暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个(gè)碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通(tōng)质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的(de)质(zhì)量(liàng)将位(wèi)于所(suǒ)有(yǒu)这些气体(tǐ)所(suǒ)在的(de)中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全(quán)彩的高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到很多星系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的观测者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个(gè)超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它(tā)的大质量区(qū)域并不(bù)是在(zài)中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当(dāng)星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观测(cè)到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间，暗物质则直接通过了(le)这个(gè)区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了(le)引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论证据(jù)。

除(chú)此之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在(zài)宇宙空间背景上留(liú)下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域(yù)，但实(shí)际上它们之间的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没有暗(àn)物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得(dé)看(kàn)起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致(zhì)的。这就意(yì)味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解释了(le)很多不同(tóng)的观测结果。而暗物(wù)质(zhì)的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底(dǐ)是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假想(xiǎng)目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻找(zhǎo)这些(xiē)看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过(guò)50次的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的(de)地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致(zhì)力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年(nián)都是一样。一些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以(五大洋还是四大洋 南大洋中国承认了吗yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太(tài)阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快(kuài)的(de)时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际(jì)的(de)情况中，太阳系(xì)相对银(yín)河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度(dù)周期信号的(de)差(chà)异也可能(néng)是温度、湿(shī)度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客的数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家(jiā)们又(yòu)在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而(ér)在这里(lǐ)，地球(qiú)穿(chuān)过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实验室是一样的。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物质(zhì)所存在(zài)的非常有(yǒu)力的(de)证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截至目前还无法提(tí)供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有可能(néng)拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生(shēng)，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要(yào)因(yīn)素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证实(shí)，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落(luò)的行星上(shàng)，暗(àn)物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论的(de)大前(qián)提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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