宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们在过去的几十年(nián)当中(zhōng)进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却(què)没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一(yī)书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天(tiān)文学(xué)家们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时候，他们(men)就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海(hǎi)王星(xīng)的(de)存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗(huì)星、冥王星的发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究(jiū)和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系(xì)被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第一(yī)种是获得其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量(liàng)各(gè)个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量星系团中的(de)各(gè)个星系相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡(guǐ)异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系(xì)团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无法将它们束缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时的人们对(duì)这样的(de)一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着(zhe)与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被(bèi)甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气(qì)体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转速度(dù)。如果出(chū)现异常的结(jié)果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳系位于银(yín)河系的第(dì)三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以(yǐ)上这种向(xiàng)心加速度的原(yuán)因很可能就是存(cún)在着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质的(de)存在(zài)。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速(sù)度(dù)，估算在星系当中暗物质(zhì)的质量(liàng)占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以(yǐ)解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥(yáo)远恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一(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。造成这些现象(xiàng)的除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着它(tā)们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是(shì)上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间(jiān)的相互作用则是不同的(de)方式。对于在星系团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科(kē)学家还引入了(le)外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在(zài)的其他的理(lǐ)论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际(jì)气体(tǐ)的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有这些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们地球上的观测者(zhě)之间。被一个(gè)质量超(chāo)级(jí)巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会使身(shēn)后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨(jù)大的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在的(de)迄(qì)今为止最好的理论证(zhèng)据(jù)。

除(chú)此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过(guò)了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的(de)微波辐(fú)射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科(kē)学家(jiā)们通过(guò)对前景背景(jǐng)分(fēn)离后(h蓝宝石的寓意是什么òu)的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应(yīng)该是这(zhè)样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例(lì)是一致的(de)。这就(jiù)意(yì)味着。

用了一个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子(zi)的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家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)目标粒(lì)子(zi)所需(xū)要的实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在(zài)过去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这蓝宝石的寓意是什么些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相(xiāng)互(hù)作(zuò)用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进(jìn)行了超过50次的实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最大(dà)的地(dì)学(xué)实验(yàn)室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的数(shù)据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测率会在每年(nián)的(de)6月(yuè)份达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的速(sù)度围(wéi)绕着银河系进行移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在(zài)宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物(wù)质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡(dàng)，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了(le)最慢值。尽管在实际的(de)情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河(hé)系的平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用(yòng)来(lái)解释，研(yán)究人员(yuán)们所观测(cè)到的(de)周期(qī)性信(xìn)号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情况(kuàng)，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是(shì)温(wēn)度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符合这个(gè)周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季节与(yǔ)之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成为暗物质所存在(zài)的(de)非常有(yǒu)力的证据了(le)。但是由(yóu)于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法(fǎ)提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗曼(màn)太空望远镜其中一个关键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体物理中心(xīn)的(de)科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重要因素。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一步(bù)的证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质会不(bù)会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推论(lùn)的(de)大前提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到暗(àn)物质(zhì)存在的实(shí)蓝宝石的寓意是什么际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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