宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会(huì)存在科学(xué)无(wú)法解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙(zhòu)中(zhōng)天体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且发现(xiàn)了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外(wài)，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现都是在(zài)恒(héng)星系统的(de)尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研(yán)究(jiū)和(hé)测量(liàng)后发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成的(de)巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学(xué)的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各(gè)个(gè)星系的光(guāng)度。

第二种是动力学质量(liàng)的(de)计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于(yú)星系团的(de)运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星(xīng)系的闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局速度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了(le)，除非有一种神秘(mì)的力量(liàng)在起作(zuò)用，这种力量来(lái)源于某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出(chū)了(le)这(zhè)样部分(fēn)不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后(hòu)，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运动。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转(zhuǎn)速度(dù)几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有(yǒu)足够大的质量(liàng)来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家(jiā)们(men)会使(shǐ)用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物(wù)质的存在，这种方法就是测量星系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星(xīng)系中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出(chū)现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了(le)距离(lí)星系中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的(de)旋转速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速度远远大于理论速(sù)度，那么(me)产生(shēng)以上这种(zhǒng)向心加速(sù)度的原因很可能(néng)就是存(cún)在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个(gè)现(xiàn)象的原因。在一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应(yīng)的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微(wēi)小差异。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析(xī)。但是(shì)科学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动(dòng)是可以(yǐ)用正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物(wù)质，已经被附近的另一(yī)个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解还不够(gòu)全(quán)面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但(dàn)是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科(kē)学家(jiā)还(hái)引入了外部场效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有关于暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的其他(tā)的(de)理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所(suǒ)组成(chéng)，类似这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系(xì)的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么(me)我们通过(guò)什么来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我们可以明显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后(hòu)更遥远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并(bìng)不(bù)是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方法就(jiù)是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞时，可被观(guān)测到的质量气体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗(àn)物质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的迄今为(wèi)止最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色(sè)则表(biǎo)示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家(jiā)们通过对前景(jǐng)背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会(huì)减小，才变得(dé)看起来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质(zhì)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(jiě)释了很多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们(men)不参(cān)与任何其他的(de)电磁作用，只通过引力来相互(hù)作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的(de)存(cún)在，就相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻(xún)找这些(xiē)不同的(de)目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科(kē)学家们已经进行了超过50次的实验，却(què)没有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山(shān)下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到最(zuì)低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗物质(zhì)的第一个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期性(xìn闯关东三个儿子的结局，闯关东三个媳妇的结局g)的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味(wèi)着我们也(yě)在以(yǐ)这样的速度在穿越着(zhe)暗物质(zhì)流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银(yín)河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿越(yuè)暗(àn)物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响(xiǎng)这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所观(guān)测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也可能是(shì)温度(dù)、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们(men)又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常(cháng)有(yǒu)力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个(gè)实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提供的(de)视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背(bèi)后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的(de)结果(guǒ)，我们只能拭目以待(dài)了。费米实(shí)验室粒子天体物理中心(xīn)的科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质(zhì)存在(zài)，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个(gè)重要因素。

如果这一理论(lùn)得到进(jìn)一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢(ne)？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的支(zhī)持是我更新的(de)动(dòng)力！

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