宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人(rén)类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进(jìn)行了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后的几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会知道(dào)，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过(guò)天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成(chéng)就(jiù)的例子。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的(de)质量一(yī)般会使(shǐ)用到两种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其(qí)质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当测量(liàng)结果出来之后(hòu)，兹(zī)威基彻(chè)底懵了(le)，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威(wēi)基(jī)发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可(kě)见星系的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束(shù)缚在星(xīng)系团内(nèi)的，它们早(zǎo)就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力(lì)量在起作用，这种力量(liàng)来(lái)源(yuán)于(yú)某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这(zhè)样(yàng)部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人(rén)们对这(zhè)样(yàng)的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距(jù)离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却(què)让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过射(shè)电望(wàng)远镜测量了距(jù)离(lí)星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度(dù)并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力学(xué)定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外(wài)，太阳系位于银河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的(de)运(yùn)行速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我(wǒ)们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗物质(zhì)的存在(zài)。科(kē)学家根据星(xīng)系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估(gū)算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该星系必须存(cún)在暗物质，否(fǒu)则就会(huì)分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没(méi)有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们(men)的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运(yùn)动。但是上升到星系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互(hù)作用则是不同的方式(shì)。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理(lǐ)定律进(jìn)行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的其他的(de)理论证据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气体的(de)相互(hù)作用就(jiù)会(huì)导(dǎo)致温度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理(lǐ)论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所有(yǒu)这(zhè)些气(qì)体所在的中(zhōng)间区域。那么我们(men)通过什(shén)么(me)来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可以(yǐ)明显地(dì)看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而(ér)是(shì)这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们(men)地(dì)球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质量(liàng)的(de)东西的引力，会使(shǐ)身后更遥远星系(xì)的光都(dōu)发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在(zài)了中间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了(le)这个(gè)区域(yù)，并在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色(sè)则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测量(liàng)值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当(dāng)中恒星(xīng)运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很(hěn)好(hǎo)地(dì)解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类(lèi)型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果(guǒ)能够找到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同(tóng)的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同(tóng形容雨水声音的词语有哪些，形容雨水声音的词语四个字)。在过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科(kē)学家们(men)已经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现了一个(gè)有趣(qù)的(de)事情。探测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中(zhōng)每年都是(shì)一(yī)样。一些(xiē)科学家认为这可(kě)能是人类发现暗物(wù)质(zhì)的第一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银河系的(de)方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值(zhí)。尽管在实际的情(qíng)况中(zhōng)，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解(jiě)释(shì)，研究(jiū)人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期(qī)信号的(de)差异(yì)也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合(hé)这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一(yī)样的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这(zhè)里可以得到相同(tóng)的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于(yú)探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如果暗物(wù)质存在(zài)，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤(gū)单(dān)呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个角落的行星上，暗物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得(dé)暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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