宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无(wú)法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什(shén)么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行(xíng)了超过50次的长期(qī)实验，但是却没(méi)有发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引(yǐn)力定律的(de)时候，他(tā)们(men)就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的(de)天体通过引(yǐn)力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都是应(yīng)用万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天文成就的例子。但是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度(dù)当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和(hé)测(cè)量后发星系团的(de)质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这(zhè)些(xiē)星系(xì)被引力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就可以确定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需(xū)要的数(shù)据是测量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的(de)质(zhì)量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在(zài)，我们(men)无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛(niú)顿的运动学(xué)定(dìng)律，仅(jǐn)靠这些可见星系的质量所产生的引力是无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距(jù)离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够(gòu)大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中(zhōng)了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释暗物质(zhì)的存在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离(lí)的氢元素(sù)，发现它们的(de)旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系(xì)位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速(sù)度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度远远(yuǎn)大于理论(lùn)速度(dù)，那(nà)么产生以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着一种我(wǒ)们看不到的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的研(yán)究(jiū)人员(yuán)开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物(wù)质的质量(liàng)占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的(de)原因。在一项新的(de)研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天文学家还发(fā)现了一个反常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系(xì)距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在见字如晤,展信舒颜，展信安的用法(zài)暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们(men)使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了(le)40个小时的详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造成这些现象的(de)除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的(de)天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效(xiào)应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大(dà)的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊(shū)的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着(zhe)我们(men)需(xū)要(yào)对现在(zài)的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多人认(rèn)为暗物质假说理(lǐ)论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他(tā)的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿(yì)光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区(qū)域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质(zhì)量区域到底是不是(shì)集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么(me)问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超(chāo)大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质(zhì)量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们对子弹星系团观测的(de)时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是(shì)暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越在(zài)宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微波辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的(de)区域(yù)，但实际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差(chà)只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值(zhí)，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是(shì)一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简(jiǎn)单(dān)的理论框架，就很好地解(jiě)释了(le)很多(duō)不同的(de)观测结果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的实际证据(jù)。这种(zhǒng)粒(lì)子到底是什么？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相(xiāng)同。在(zài)过(guò)去的几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了(le)一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的(de)科学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的(de)6月份(fèn)达(dá)到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么(me)暗物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那(nà)么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地(dì)球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实(shí)际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的(de)倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一(yī)个(gè)几乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的(de)实验室正好(hǎo)相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存(cún)在的非常有(yǒu)力的证据了。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(tí)供相应的(de)数据支(zhī)持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只(zhǐ)能拭目以待(dài)了。费(fèi)米实验室(shì)粒子天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研(yán)究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应(yīng)，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞(dàn)生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们(men)，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动(dòng)力！

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