宇宙是(shì)“人(rén)为制造(zào)”的？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为(wèi)了寻(xún)找暗(àn)物质存在的证据，科学家们(men)在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任(rèn)何(hé)的(de)有效证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成(chéng)就(jiù)的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需(xū)要(yào)的数据是测量(liàng)各个(gè)星(xīng)系的光度(dù)。

第(dì)二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量结(jié)果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快(kuài)得多(duō)，按(àn)照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它们束(shù)缚(fù)在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之(zhī)外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维(wéi)基提出(chū)了(le)这样部(bù)分(fēn)不可见(jiàn)的暗质，它不发散光(guāng)、吸光、反射光(guāng)，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次(cì)出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上(shàng)来(lái)说，距离(lí)中心(xīn)越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们(men)观测的(de)结(jié)果(guǒ)却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力(lì)定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使(shǐ)用一种相(xiāng)对标(biāo)准(zhǔn)的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结(jié)果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电(diàn)望远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距(jù)离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定律。我(wǒ)们的(de)太阳系也不例外，太(tài)阳系(xì)位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于(yú)理论速度，那么(me)产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物(wù)质的(de)引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家(jiā)根据星系外恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的(de)质量占(zhàn)整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在(zài)一项新的(de)研究当中，科(kē)学家(jiā)们发现，几乎(hū)没(méi)有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还(háimerry什么意思 merry是彩虹社的吗)发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会(huì)分崩(bēng)离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物质(zhì)和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有(yǒu)人(rén)提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经(jīng)被(bèi)附(fù)近的(de)另一(yī)个大星系(xì)剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种(zhǒng)可能就(jiù)是人类对(duì)引力(lì)的理解(jiě)还不(bù)够(gòu)全(quán)面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是(shì)不同的方式(shì)。对于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间(jiān)的相互作(zuò)用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味(wèi)着我们需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这(zhè)些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德(dé)理论所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际(jì)气体的相(xiāng)互作用(yòng)就会导致温度的急剧merry什么意思 merry是彩虹社的吗(jù)升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部分的质(zhì)量(liàng)将位于(yú)所有这些气体所在的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望(wàng)远镜出了什(shén)么问题，而是这样极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨(jù)大的天(tiān)体遮挡，这个超(chāo)大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引力透镜(jìng)效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对(duì)子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上(shàng)留下了各相同性的(de)微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值(zhí)图像(xiàng)进行连(lián)通域提取和标记(jì)之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波(bō)背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的(de)暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系当中恒星(xīng)运(yùn)动所需要的(de)暗(àn)物(wù)质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地(dì)解释(shì)了(le)很(hěn)多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所以(yǐ)如果能够找到(dào)这(zhè)种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要(yào)的实验(yàn)方(fāng)式也不相(xiāng)同(tóng)。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规(guī)物质(zhì)相互(hù)作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室(shì)，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测器(qì)，一直致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学(xué)家声称观测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产(chǎn)生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我们讲了太阳(yáng)系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质(zhì)流，这个过(guò)程中(zhōng)会产生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的(de)速度(dù)围绕太阳(yáng)进行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流(liú)最快的时(shí)段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达(dá)到了最慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对(duì)银河系的平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的(de)倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认(rèn)为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测到的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)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(shí)验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有(yǒu)力(lì)的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新的(de)望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一个关键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有(yǒu)另一种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中生命的(de)诞生，或者说是(shì)生(shēng)命(mìng)进(jìn)化的一(yī)个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论(lùn)得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物(wù)质(zhì)会不会意味着人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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