宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人(rén)类为了(le)寻找暗物(wù)质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当(dāng)中进行了超过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(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运(yùn)动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨(guǐ)道(dào)出现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道(dào)，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动(dòng)它的轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发现了(le)海王星的存在(zài)。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发(fā)现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开(kāi)始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发星(xīng)系团(tuán)的质(zhì)量。这(zhè)是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的(de)巨大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的范(fàn)围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星系的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中(zhōng)的各(gè)个(gè)星(xīng)系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量(liàng)结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说这99%的质(zhì)量并不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量(liàng)所产生(shēng)的(de)引(yǐn)力(lì)是无法将它们束缚在星系(xì)团内的，它(tā)们早就(jiù)应该被抛出(chū)星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出(chū)了(le)这样部分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次(cì)出(chū)现。天(tiān)文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星在(zài)其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随着与中(zhōng)心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度(dù)几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了(le)。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在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(yì)常(cháng)的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由(yóu)暗物(wù)质(zhì)的力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距(jù)离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的(de)太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于(yú)银河系的第(dì)三悬臂之上，距(jù)离银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光(guāng)年，根据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度(dù)，那(nà)么(me)产生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在着一(yī)种我们(men)看不到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了(le)一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时(shí)开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研究人员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物(wù)质并不是(shì)唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒星(xīng)之间，也(yě)会出(chū)现速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo韩国为何全民疯狂炒股，韩国为什么这么多人炒股)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的千(qiān)分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对其(qí)进(jìn)行了40个(gè)小时的(de)详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一(yī)种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还(hái)不够全面，引力很可能(néng)在不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度空间中的工作方式是(shì)不(bù)同(tóng)的，这(zhè)意味着(zhe)在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团(tuán)的尺度(dù)，引力之间的(de)相互作(zuò)用(yòng)则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对(duì)彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我(wǒ)们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这(zhè)些(xiē)理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个(gè)碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞(zhuàng)的时(shí)候，星际气体的相互(hù)作用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧(jù)升高，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部(bù)分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们(men)通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们(men)地球上的(de)观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西(xī)的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大(dà)的天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星系团观测(cè)的时候，发现它的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当星团发(fā)生全(quán)部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的迄今为(wèi)止最好的理论(lùn)证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各(gè)相(xiāng)同性的(de)微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万(wàn)分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的(de)电(diàn)磁作用(yòng)，只通过(guò)引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所以如果能够(gòu)找到这种粒子的(de)存在(zài)，就相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提出(chū)了数十种的(de)假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要的(de)实验方式(shì)也不(bù)相(xiāng)同。在(zài)过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现，除了一个地(dì)方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个(gè)实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找(zhǎo)暗物(wù)质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中(zhōng)每(měi)年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性(xìng)的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应的振(zhèn)荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在(zài)6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太(tài)阳的方向正好(hǎo)达(dá)到(dào)完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流最快的(de)时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了(le)最慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了(le)60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学家(jiā)认为(wèi)这(zhè)可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信号(hào)的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流(liú)的运动(dòng)特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的100倍(bèi)。南希格雷斯(sī)罗曼太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个关键的(de)用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在(zài)，它们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应(yīng)，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进化的(de)一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中的暗物质会(huì)不会(huì)意味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落(luò)的(de)行星上，暗物质正在通(tōng)过这样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大(dà)前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物(wù)质到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的(de)支持是我更新(xīn)的动力！

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