宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造(zào)”的(de)？为(wèi)何会存在科学无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存在的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过去的(de)几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原理(lǐ)一(yī)书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道(dào)的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了(le)海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研(yán)究(jiū)和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法结(jié)果一致，就可(kě)以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的计算，是(shì)利用光谱红移测(cè)量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了(le)，“动力(lì)学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形(xíng)式所存在，我们(men)无法看到(dào)。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星(xīng)系团中很多星系的(de)速度(dù)比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系(xì)的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在(zài)星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛(pāo)出星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发(fā)散光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙(xiān)女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的恒星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度(dù)就(jiù)会越慢。但是他们观测(cè)的结(jié)果却让(ràng)人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于(yú)这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来(lái)解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物(wù)质的力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速(sù)度(dù)并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系位于(yú)银河系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千(qiān)米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速度的原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根(gēn)据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质(zhì)量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这(zhè)个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研究当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用(yòng)正(zhèng)常(cháng)的物质和力学(xué)定律来解释的(de)。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任何(hé)星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是不同(tóng)的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的(de)天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)则是(shì)不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外部(bù)场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上，巨(jù)大的质量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修(xiū)正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大部(bù)分(fēn)的普(pǔ)通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大(dà)部(bù)分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来验证(zhèng)它(tā)的质量区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产(chǎn一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十)生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被(bèi)扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问(wèn)题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们(men)地(dì)球(qiú)上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一(yī)个质(zhì)量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系(xì)团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在(zài)两侧(cè)。所以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观测(cè)到的(de)质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系(xì)团(tuán)的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除(chú)此(cǐ)之(zhī)外，还(hái)有来(lái)自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以(yǐ)畅通无(wú)阻地(dì)穿越在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了(le)各(gè)相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高(gāo)的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较(jiào)冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通域提取和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图(tú)形看起来(lái)不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才(cái)变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配宇宙微波背景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中(zhōng)恒星运动(dòng)所需要(yào)的(de)暗物质比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单(dān)的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的(de)本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过(guò)去的几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科(kē)学家(jiā)们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却(què)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(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学家(jiā)声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可能是人类发现暗(àn)物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的(de)振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的(de)时候，地球与太阳的(de)方向正好达到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最(zuì)快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实(shí)际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的(de)平面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观测(cè)到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山(shān)上的积雪，甚至连(lián)意大利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室(shì)正好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所(suǒ)以截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望(wàng)远镜，这台(tái)太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做(zuò)“南希(xī)格雷斯罗曼”，它一二大写字怎么写千，大写的壹贰叁到十的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于探测(cè)的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的科学(xué)家丹(dān)琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个(gè)重要(yào)因素。

如果这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上(shàng)，暗物(wù)质正(zhèng)在(zài)通过(guò)这样的效应创造生命(mìng)。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大(dà)前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动力！

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