宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但(dàn)是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了(le)万有引力(lì)定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都是(shì)在(zài)恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始变(biàn)得(dé)诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正在(zài)研究(jiū)和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星(xīng)系(xì)团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就(jiù)可以确(què)定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量(liàng)各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质(zhì)量的计算，是利用光谱红移测量(lià但使龙城飞将在,不教胡马渡阴山的意思是什么，但使龙城飞将在不教胡马渡阴山的意思ng)星(xīng)系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然(rán)是(shì)“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍(bèi)。这(zhè)意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系(xì)团内的，它们早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来源(yuán)于(yú)某种隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观(guān)测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人感到不(bù)可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科(kē)学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法来解释(shì)暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现(xiàn)异(yì)常的结果，就认为(wèi)是(shì)由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合牛顿的(de)力学定律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际(jì)上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种(zhǒng)向心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能就是存在着一(yī)种我们看不到的(de)物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将(jiāng)星系(xì)聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗物质(zhì)的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个(gè)现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之间，也会出(chū)现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差(chà)异(yì)。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的(de)千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质和力学定律来解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另(lìng)一种(zhǒng)可能就是(shì)人类对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按照我们所理解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引(yǐn)力(lì)之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意(yì)味(wèi)着我们需要(yào)对(duì)现在的物理(lǐ)定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多人(rén)认为暗物质(zhì)假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论(lùn)证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部(bù)分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在(zài)的(de)中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在(zài)中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我们地球上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个(gè)现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质(zhì)量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不(bù)是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发生(shēng)全(quán)部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的质(zhì)量(liàng)气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接(jiē)通过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质存在(zài)的迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之(zhī)后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们(men但使龙城飞将在,不教胡马渡阴山的意思是什么，但使龙城飞将在不教胡马渡阴山的意思)通过对前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇(yǔ)宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而随着暗(àn)物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好(hǎo)地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参与任何其(qí)他的电(diàn)磁(cí)作用(yòng)，只通过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标，而要(yào)寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物(wù)质相互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已经进行(xíng)了超(chāo)过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的周期(qī)性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多(duō)年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率会在每(měi)年的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后在(zài)11月降到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在(zài)以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生(shēng)相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时地(dì)球又(yòu)以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕银河系的方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并(bìng)不影响这个理论的有效性(xìng)。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们(men)所观测到的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游(yóu)客的数(shù)量也符合这(zhè)个周(zhōu)期(qī)的规(guī)律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南半球建立了一个(gè)几(jǐ)乎(hū)相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一个实(shí)验(yàn)室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供(gōng)相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一(yī)台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是(shì)哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后(hòu)的奥秘，对(duì)于(yú)探测(cè)的结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会(huì)支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化(huà)的一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找(zhǎo)到暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更新的动力！

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