宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在(zài)1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某(mǒu)些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不(bù)符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的(de)时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定有未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推算(suàn)并且发现(xiàn)了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得(dé)重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星(xīng)系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是(shì)一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大(dà)星系团，这(zhè)些星(xīng)系被引力束缚在一起。测量星系团的(de)质量(liàng)一般会使用(yòng)到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以(yǐ)确定其(qí)质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个(gè)星系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的(de)各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了(le)，或者(zhě)说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存(cún)在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测(cè)量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系(xì)团(tuán)之(zhī)外(wài)了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反射(shè)光(guāng)，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯(kěn)特福特(tè)在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道(dào)上(shàng)的运行速度就会越慢。但是他们(men)观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象(xiàng)，科学家们会使用一(yī)种相对标准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是(shì)测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气(qì)体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果(guǒ)出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望(wàng)远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例(lì)外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银(yín)河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么(me)产生(shēng)以上(shàng)这种向心(xīn)加速(sù)度的原(yuán)因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们(men)看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开始，越来(lái)越多(duō)的(de)研究人员开始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家(jiā)们发现，几乎没有引(yǐn)力效应的遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分(fēn)之一。

所以在理(lǐ)论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望(wàng)远镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可(kě)以(yǐ)用(yòng)正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质(zhì)过生日小寿星一般指几岁,十八岁可以叫小寿星吗，18岁生日可以叫小寿星吗，已(yǐ)经(jīng)被附近的另一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造成这(zhè)些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理解(jiě)的(de)方(fāng)式运(yùn)动(dòng)。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度，引力(lì)之间的(de)相(xiāng)互作用则(zé)是不(bù)同的方式(shì)。对于(yú)在星系(xì)团之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这些发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假说理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还(hái)有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的理论证据，这(zhè)些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法(fǎ)解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大(dà)部分(fēn)的普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当中。当星(xīng)团(tuán)以1000万(wàn)公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰(pèng)撞的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什(shén)么来验(yàn)证它的质量(liàng)区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢(ne)？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超级(jí)巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发(fā)现它的大质(zhì)量区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为是(shì)暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上它(tā)们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景(jǐng)分(fēn)离后的二值图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有暗(àn)物质，图形看起来不应该是(shì)这样的，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背景辐射(shè)的测量值(zhí)，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致(zhì)的(de)。这就(jiù)意味(wèi)着。

用了(le)一个简单(dān)的(de)理论框架，就很(hěn)好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型(xí过生日小寿星一般指几岁,十八岁可以叫小寿星吗，18岁生日可以叫小寿星吗ng)的粒子，它们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁(cí)作用(yòng)，只(zhǐ)通过引力(lì)来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验方(fāng)式也(yě)不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会(huì)与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没(méi)有任何(hé)实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的地下(xià)矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这(zhè)里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探(tàn)测率会在每年的(de)6月份(fèn)达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年(nián)都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是(shì)人(rén)类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信(xìn)号呢(ne)？刚才(cái)我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味(wèi)着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的(de)方向与太阳环绕银河(hé)系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候(hòu)，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地(dì)球穿越暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽(jǐn)管在(zài)实际的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系(xì)的(de)平面呈现了60度的(de)倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来(lái)解释(shì)，研究人员们所观测(cè)到的(de)周期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这(zhè)种年(nián)度周期信号(hào)的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验室(shì)是(shì)一(yī)样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前(qián)还无法(fǎ)提(tí)供相应(yīng)的数(shù)据(jù)支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们(men)只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物理中心的(de)科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种神(shén)秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进(jìn)一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不(bù)会(huì)意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质(zhì)正(zhèng)在通过这样的效应创造生(shēng)命。当(dāng)然，这些推论的大前(qián)提是要(yào)先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在(zài)的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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