宇宙是“人为制造(zào)”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却(què)没有发现任何的(de)有效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了(le)宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是(shì)应用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些(xiē)发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可(kě)当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事(shì)情(qíng)就开始(shǐ)变(biàn)得(dé)诡异(yì)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)系团的质量。这是一个由(yóu)数(shù)千个(gè)星系(xì)所组成的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引(yǐn)力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方(fāng)法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用(yòng)光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出来之后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以(yǐ)可见光的形式所存在，宁波华茂外国语学校学费多少高中，宁波华茂外国语学校学费多少一学期我们无法(fǎ)看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威(wēi)基发(fā)现星系团中很多星系的(de)速(sù)度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它(tā)们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团(tuán)之外了(le)，除(chú)非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样(yàng)部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反(fǎn)射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后(hòu)，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就(jiù)会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对(duì)标准的(de)方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上(shàng)距离星系中心(xīn)的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于理论速度，那么产生(shēng)以上这种(zhǒng)向(xiàng)心加速(sù)度的原因很可能(néng)就(jiù)是存(cún)在着一(yī)种我们看不到的物(wù)质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的(de)研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小和(hé)银(yín)河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在的恒(héng)星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存(cún)在(zài)暗物质，否(fǒu)则(zé)就(jiù)会(huì)分崩离(lí)析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星(xīng)系中的(de)恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个(gè)大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗(àn)物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作(zuò)方式(shì)是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味着在行星(xīng)系(xì)尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的(de)相互作(zuò)用则是(shì)不(bù)同的(de)方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团(tuán)所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的(de)相互作用就会导致(zhì)温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部(bù)分(fēn)的(de)质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那(nà)么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变(biàn)。其实(shí)这些星(xīng)系本身并不是(shì)真(zhēn)的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯(bó)望远镜出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间。被(bèi)一(yī)个(gè)质量超级巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系(xì)团观(guān)测的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解(jiě)释方(fāng)法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子弹星系(xì)团的引力透镜研究(jiū)也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终(zhōng)于(yú)可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经(jīng)过了(le)130多亿年(nián)之(zhī)后，这(zhè)些光在宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射(shè)。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝(lán)色(sè)则(zé)表示(shì)相对较冷的(de)区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科学家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后(hòu)的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发(fā)现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的(de)理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结(jié)果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着(zhe)某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有(yǒu)任(rèn)何(hé)实质性的(de)发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个实验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性(xìng)震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然(rán)后(hòu)在(zài)11月降到最低，而且在20年当(dāng)中每年都是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这可(kě)能是人类发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才(cái)我们(men)讲了太(tài)阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动，那么如(rú)果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太阳环(huán)绕银河系的方(fāng)向是一(yī)致的(de)，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论(lùn)上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个(gè)周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以(yǐ)，科学家们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(shì)正好相反，而在这(zhè)里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发(fā)射(shè)一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的(de)效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命(mìng)的诞生(shēng)，或者说(shuō)是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质存(cún)在的实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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