宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几百(bǎi)年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知(zhī)的(de)天体(tǐ)通(tōng)过引力(lì)在摄动(dòng)它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)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恒星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是一个由数千个星系所组成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星(xīng)系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之(zhī)后，兹(zī)威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质(zhì)量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理论上要(yào)快(kuài)得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的物(wù)质。

据此，兹(zī)维基提出(chū)了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只(zhǐ)是当时(shí)的人(rén)们对(duì)这样的一种说(shuō)法不(bù)屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测仙(xiān)女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法就(jiù)是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗(àn)物(wù)质(zhì)的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远(yuǎn)镜测量(liàng)了距离星系(xì)中心更远距离的(de)氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力定(dìng)律进行计李宇春的现任丈夫是谁(jì)算，太(tài)阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米李宇春的现任丈夫是谁/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于(yú)理论速(sù)度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很(hěn)可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效应将星(xīng)系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星(xīng)之间，也(yě)会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家(jiā)还(hái)发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的恒(héng)星数(shù)量却只(zhǐ)有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在暗物质，否则就会分崩离(lí)析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释的。那么又有人提出，也(yě)许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和(hé)星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的(de)效果(guǒ)，这个(gè)理(lǐ)论叫做(zuò)MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗(àn)物质(zhì)假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的(de)“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年(nián)的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气体(tǐ)所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们通过什(shén)么来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并不(bù)是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星系的(de)光都(dōu)发(fā)生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则(zé)直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了(le)引力透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的(de)迄(qì)今为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光(guāng)在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色(sè)则表示(shì)相对(duì)较(jiào)冷的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该(gāi)是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的(de)测量值，我(wǒ)们需(xū)要的(de)暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架，就很好地(dì)解释了(le)很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几乎不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的(de)“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过50次的实(shí)验，却没有任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼(lóu)高的(de)探测(cè)器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期(qī)性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数(shù)据收集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到(dào)最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yàng)。一些科学家认为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周(zhōu)期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如果暗物(wù)质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这(zhè)个过程(chéng)中(zhōng)会产生相应的振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的(de)时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系(xì)的方向是一(yī)致的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月(yuè)份的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情况中，太(tài)阳(yáng)系相对银河系(xì)的平面呈现了(le)60度的(de)倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测(cè)到的周期性信号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所存在的非常有力(lì)的证据了(le)。但是(shì)由(yóu)于这(zhè)个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹(dān)琥珀(pò)和贾森斯特(tè)芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正在通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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