宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗物(wù)质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进行了(le)超过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符(fú)合万有引力定律的时候，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通(tōng)过引力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常(cháng)，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子(zi)。但是(shì)这(zhè)些发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量。这(zhè)是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量(liàng)星系(xì)团的质量一般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个(gè)星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系(xì)团的(de)运动(dòng)速度(dù)。当测量(liàng)结果出(chū)来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光(guāng)度(dù)学质量(liàng)”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡(guǐ)异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这(zhè)种力(lì)量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部分不可(kě)见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨道上的(de)运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根据牛顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围的(de)恒星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是(shì)由暗物质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通(tōng)过射(shè)电望远镜测量了距离星(xīng)系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的(de)力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们(men)的太阳系也(yě)不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系(xì)的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系的运行速(sù)度(dù)应该(gāi)是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围绕银河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际(jì)速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速(sù)度，那(nà)么产生(shēng)以上这(zhè)种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在(zài)着一种(zhǒng)我们(men)看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物(wù)质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在(zài)星(xīng)系(xì)当(dāng)中暗(àn)物质的质量占整个星系(xì)质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这(zhè)个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小(xiǎo)差异(yì)。另外，天(tiān)文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银(yín)河系的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星(xīng)系必(bì)须(xū)存在(zài)暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使(shǐ)用(yòng)最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜(jìng)对其进行了40个(gè)小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律来(lái)解释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已(yǐ)经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就(jiù)是(shì)人类对引力(lì)的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的工作方式是不同的(de)，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系和星团(tuán)的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对(duì)于在星系团(tuán)之间的相互作用，科(kē)学家还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立(lì)，这意味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗(àn)物(wù)质存在(zài)的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论证据(jù)是(shì)蒙德理论所没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样的星团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团(tuán)大部分(fēn)的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有(yǒu)这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集中在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片(piàn)，在照片中我们(men)可(kě)以(yǐ)明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了(le)巨大(dà)的形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远(yuǎn)的天体和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超(chāo)级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的(de)东西(xī)的引力，会(huì)使身(shēn)后(hòu)更(gèng)遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这个(gè)现象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星(xīng)系团观测的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可(kě)被观(guān)测到的质量千里修书只为墙 让他三尺又何妨全诗告诉我们什么道理，千里修书只为墙让他三尺又何妨全诗气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了引(yǐn)力(lì)透镜。对子弹星系团(tuán)的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际(jì)上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域提取(qǔ)和(hé)标记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增(zēng)加(jiā)，一(yī)些峰值的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)千里修书只为墙 让他三尺又何妨全诗告诉我们什么道理，千里修书只为墙让他三尺又何妨全诗们不(bù)参与任何其他(tā)的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数(shù)十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要(yào)寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所需要的(de)实验(yàn)方式(shì)也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸千里修书只为墙 让他三尺又何妨全诗告诉我们什么道理，千里修书只为墙让他三尺又何妨全诗不(bù)到，几乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已经进行了超(chāo)过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了20多年的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质(zhì)会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了太阳(yáng)系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河(hé)系进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这个过程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同(tóng)时(shí)地球又以(yǐ)30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正(zhèng)好(hǎo)达到(dào)完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流(liú)最快的时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其他(tā)的(de)情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个(gè)周(zhōu)期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在(zài)南半球建立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到(dào)相(xiāng)同的信(xìn)号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的(de)证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前还无法提供相应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大(dà)小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷斯罗曼太空(kōng)望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗(àn)物(wù)质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的(de)诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一(yī)步的(de)证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些(xiē)推(tuī)论的(de)大前提是(shì)要先(xiān)找到暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力(lì)！

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