宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗物(wù)质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了(le)超(chāo)过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现(xiàn)异常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他(tā)们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹(zī)威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发(fā)星系团的质量。这(zhè)是一个由数千(qiān)个(gè)星系所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚(fù)在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其(qí)"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基(jī)彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质(zhì)量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠这些可见星(xīng)系(xì)的质(zhì)量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引(yǐn)力是无法将(jiāng)它(tā)们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内(nèi)的，它们(men)早就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据(jù)着宇(yǔ)宙中绝大部(bù)分的质量(liàng)。只是当(dāng)时的人(rén)们对(duì)这(zhè)样的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远(yuǎn)的(de)恒星在其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的(de)结果却让人感到不可思议。

随(suí)着与(yǔ)中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒(héng)星的(de)旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂(bì)之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万光(guāng)年，根据(jù)万(wàn)有引力(lì)定律进(jìn)行计(jì美白精华一次用多少量，美白精华一次用多少量377)算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围(wéi)绕银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论速(sù)度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一(yī)种我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星(xīng)系聚集在(zài)了一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始(shǐ)相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道的速度，估算在(zài)星系(xì)当(dāng)中暗物(wù)质的质量(liàng)占(zhàn)整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发(fā)现(xiàn)了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存(cún)在(zài)的恒星数量却只(zhǐ)有银河系(xì)的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系(xì)必须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是可以用正常的物美白精华一次用多少量，美白精华一次用多少量377质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存(cún)在(zài)。造成这些现象的除(chú)了暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上(shàng)升到(dào)星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在(zài)数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需(xū)要(yào)对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进行修正，这些(xiē)发现也让很多(duō)人认为(wèi)暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他(tā)的理论(lùn)证据(jù)，这些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体所(suǒ)在(zài)的中间(jiān)区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多(duō)星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系(xì)本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之(zhī)间。被一个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的(de)光(guāng)都(dōu)发生了(le)扭曲(qū)。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜(jìng)效应。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力(lì)透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研(yán)究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今(jīn)为(wèi)止最(zuì)好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始，38万(wàn)年之后，可(kě)见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿(yì)年之后(hòu)，这(zhè)些光在(zài)宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的暗物质(zhì)比例(lì)是一致的。这就(jiù)意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在(zài)着某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只通过(guò)引力(lì)来相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么(me)？科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经提出(chū)了数十种的假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒(lì)子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过(guò)50次的实验，却没(méi)有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利(lì)的(de)格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了(le)一个(gè)有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然(rán)后(hòu)在11月降(jiàng)到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可能是人类(lèi)发(fā)现暗(àn)物质的第一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生(shēng)周期(qī)性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年的(de)时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在(zài)6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达(dá)到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达(dá)到了最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈(chéng)现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有(yǒu)其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的(de)差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室(shì)正好相反，而在(zài)这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力(lì)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(gōng)相应的数据(jù)支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对于(yú)探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会(huì)支持(chí)宇(yǔ)宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一(yī)理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的行星上，暗物质正在(zài)通过这样的(de)效应创造生(shēng)命。当然(rán)，这(zhè)些推(tuī)论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底存不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支持是(shì)我更新(xīn)的动力！

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