宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学(xué)数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一(yī)定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星系或者是星团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变(biàn)得诡异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一(yī)个由(yóu)数(shù)千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会(huì)使用(yòng)到(dào)两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第一种(zhǒ妆前乳是什么东西，妆前乳是啥东西ng)是获得其"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个(gè)星(xīng)系的(de)光度(dù)。

第(dì)二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系团中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发(fā)座星系团有99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现星系(xì)团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按(àn)照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星(xīng)系的(de)质量所产生的引力是(shì)无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的(de)，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量。只是当时的人们对(duì)这样的一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗(àn)物(wù)质的(de)存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上(shàng)距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的(de)结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的(de)旋转速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系(xì)位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系(xì)的运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的(de)原因(yīn)很可(kě)能就是存在着(zhe)一(yī)种我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家们使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的望远镜对其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被(bèi)附近的另(lìng)一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在(zài)。造(zào)成这些(xiē)现象的(de)除了暗物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引(yǐn)力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很可(kě)能(néng)在不(bù)同(tóng)尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味(wèi)着在行星系尺(chǐ)度(dù)中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的(de)相互(hù)作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外(wài)部(bù)场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会(huì)产生对彼此特殊的(de)效(xiào)果，这个(gè)理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德(dé)理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当妆前乳是什么东西，妆前乳是啥东西星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致(zhì)温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这些(xiē)气体所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过什么来验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们可以(yǐ)明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远的天体和我(wǒ)们地(dì)球上的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力(lì)透(tòu)镜效(xiào)应(yīng)。这个巨(jù)大(dà)的(de)天体可(kě)能(néng)是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透(tòu)镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存(cún)在(zài)的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当中最古(gǔ)老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中(zhōng)了(le)。经过了(le)130多亿年(nián)之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同(tóng)性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系(xì)当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着。

用了一个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提(tí)出了数十(shí)种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不(bù)同的目标粒(lì)子所需要的实验方式(shì)也不相同。在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)，人(rén)类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的(de)实验，却(què)没(méi)有任何实质性(xìng)的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的(de)周期(qī)性震荡。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后(hòu)在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系(xì)正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们(men)也在(zài)以这样的(de)速度在(zài)穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这(zhè)个过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以(yǐ)有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方(fāng)向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时(shí)候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地(dì)球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对(duì)银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的(de)有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学(xué)家认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所观(guān)测到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度周期(qī)信号的差(chà)异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大利(lì)游客的数(shù)量(liàng)也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在(zài)南半(bàn)球建立了一个几乎相同的实验室(shì)，这里(lǐ)的季节与(yǔ)之(zhī)前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果(guǒ)在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支(zhī)持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台(tái)新的望远镜(jìng)，这台(tái)太空望(wàng)远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它(tā)的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的奥秘(mì)，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进一步的(de)证实，那么(me)遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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