宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法解(jiě)释的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的(de)证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们(men)发现(xiàn)某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候，他们(men)就会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在(zài)摄动(dòng)它的(de)轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道(dào)的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现都是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统(tǒng)的尺度(dù)当(dāng)中，可当我们上升到星系(xì)或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨(jù)大(dà)星系团，这(zhè)些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获(huò)得(dé)其(qí)"光度学的(de)质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光谱(pǔ)红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动(dòng)速(sù)度。当测量(liàng)结果出(chū)来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的(de)质量(liàng)并不以可(kě)见光的形式所存在(zài)，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星系(xì)的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团(tuán)之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维(wéi)拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星运动。理论上来(lái)说，距离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却(què)让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当中如(rú)果没有(yǒu)足(zú)够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量(liàng)了距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢元(yuán)素(sù)，发现它们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这(zhè)个实际(jì)速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么(me)产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不到的(de)物(wù)质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的引力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科学(xué)家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个(gè)星系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗(àn)物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力(lì)效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地(dì)球大(dà)约(yuē)2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测(cè)量之后，发现星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动是可以(yǐ)用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有(yǒu)人提(tí)出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了(le)暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对(duì)引力的(de)理解还(hái)不够全(quán)面，引力很(hěn)可(kě)能在不同尺度(dù)空间中的工(gōng)作方式(shì)是不同(tóng)的，这意(yì)味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们(men)所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的方(fāng)式。对于在星系团之(zhī)间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这(zhè)意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其他的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星(xīng)系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质量将(jiāng)位(wèi)于所有这些(xiē)气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很(hěn)多星系(xì)似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出(chū)了(le)什么问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我们(men)地球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人们对子(zi)弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力(lì)透镜。对(duì)子弹星(xīng)系团的引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质存在的(de)迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之(zhī)后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅(chàng)通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中(zhōng)红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值(zhí)图(tú)像进行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中(zhōng)恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质(zhì)就(jiù)是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们(men)不参与(yǔ)任何其他的电磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相互(hù)作用。所以(yǐ)如(rú)果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去的几十年当中，人类为了(le)寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的(de)探(tàn)测器(qì)，一直致力于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣的事情吴越的现任丈夫是谁 吴越没有结婚吗。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的(de)速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也(yě)在以这样的(de)速(sù)度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而(ér)另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全(quán)一致，这是(shì)理(lǐ)论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太阳系相对(duì)银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这个理(lǐ)论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可(kě)以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半(bàn)球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的(de)季节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如(rú)果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物质(zhì)所存在(zài)的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个(gè)重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落(luò)的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要(yào)先找到暗物质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力(lì)！

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