宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在的证据(jù)，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通过引力(lì)在摄(shè)动(dòng)它的轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子(zi)。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到(dào)星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团(tuán)的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个(gè)星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要的数据是测量(liàng)各个星系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的运动速度(dù)。当测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失(shī)了(le)，或者说这(cac2制取c2h2，cac2形成过程电子式zhè)99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存(cún)在，我(wǒ)们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的是，在测量(liàng)速度的过程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星系团中很(hěn)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(kě)见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束缚(fù)在(zài)星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来(lái)源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大(dà)部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才再(zài)一次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯特福特在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度(dù)就会(huì)越慢。但是(shì)他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速(sù)度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的(de)质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准的(de)方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测量星系(xì)当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星(xīng)系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异(yì)常的结(jié)果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物质的力量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学定(dìng)律。我们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银河系(xì)的第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距离银(yín)河(hé)系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速(sù)度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种向心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到(dào)的(de)物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量(liàng)占整(zhěng)个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是唯(wéi)一可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在(zài)一项(xiàng)新的(de)研究当中，科学(xué)家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥(yáo)远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星(xīng)数量却(què)只(zhǐ)有银(yín)河系的(de)千分之一(yī)。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则(zé)就会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解释的。那(nà)么(me)又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能(néng)在不同(tóng)尺度空间中的工(gōng)作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是(shì)上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的(de)方式(shì)。对于(yú)在星系团之间的相(xiāng)互作用(yòng)，科(kē)学家还引入了外部(bùcac2制取c2h2，cac2形成过程电子式)场效应的(de)概念，指的是(shì)在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也(yě)让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证据是蒙德理论所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部(bù)分的普通质(zhì)量都在(zài)星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的(de)质(zhì)量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中间区(qū)域。那么我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不是(shì)集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中我(wǒ)们可以明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这些星系本(běn)身(shēn)并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上(shàng)的观测(cè)者之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量的东(dōng)西的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引力透镜效应。这个(gè)巨大的天体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域(yù)并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当(dāng)星(xīng)团发生(shēng)全部(bù)的(de)碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量(liàng)气体被卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力(lì)透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的(de)迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的光(guāng)。从宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见(jiàn)光终于可以畅通无阻地(dì)穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微波辐射。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起来(lái)不(bù)应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的增加(jiā)，一些峰(fēng)值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看(kàn)起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们(men)需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观(guān)测(cè)结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何(hé)其(qí)他的电磁作用(yòng)，只通过引力来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能(néng)够找到(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这(zhè)些不(bù)同的(de)目标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式也(yě)不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相(xiāng)互作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的(de)周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的6月份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中(zhōng)，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时(shí)间，地(dì)球围绕太阳的方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地(dì)球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这(zhè)并不(bù)影(yǐng)响(xiǎng)这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也可能有其(qí)他的情况(kuàng)，造成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期信(xìn)号的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的(de)。

因此，如(rú)果在(zài)这(zhè)里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无(wú)法提(tí)供相(xiāng)应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼(màn)太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的用途就(jiù)是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一(yī)种神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一(yī)理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质(zhì)会不会意味着(zhe)人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力(lì)！

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