宇宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是(shì)什么(me)？人类为了寻找暗物质存在(zài)的(de)证据，科学家们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲学数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不(bù)符合万有引(yǐn)力定(dìng)律的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的异常，推(tuī)算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万(wàn)有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星(xīng)系或者是星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的(de)物(wù)理学(xué)家弗(fú)里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的(de)巨大星系团，这些星系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的(de)质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红(hóng)移(yí)测量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的(de)形式所(suǒ)存在，我(wǒ)们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就(jiù)应(yīng)该被抛出(chū)星系(xì)团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一次出现。天(tiān)文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测的结果却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可(kě)是(shì)根据牛顿的(de)万有引(yǐn)力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没有足够(gòu)大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这(zhè)种(zhǒng)现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的(de)存在，这种方法就是测量星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距(jù)离星(xīng)系中(zhōng)心的(de)距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通(tōng)过(guò)射电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发(fā)现它(tā)们的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛顿的(de)力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银两个字的励志词语精选，两个字的励志词语有内涵,有深度河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引力定律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种(zhǒng)向(xiàng)心加速度的原因很(hěn)可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些(xiē)暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的(de)质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以解(jiě)释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出(chū)现速(sù)度上的微(wēi)小差异。另外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的(de)望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能就是人(rén)类对(duì)引(yǐn)力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能(néng)在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同(tóng)的，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是(shì)上升(shēng)到星系和星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在(zài)数(shù)百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨(jù)大(dà)的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现(xiàn)在的物(wù)理定律(lǜ)进行修正，这些(xiē)发现也让很(hěn)多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当中(zhōng)还有(yǒu)关于暗物质存(cún)在的(de)其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的(de)星团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团大部分(fēn)的(de)质量将位(wèi)于所有这些气(qì)体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的质量区(qū)域到底是不(bù)是集(jí)中在中间(jiān)呢(ne)？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩(cǎi)的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问(wèn)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(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会(huì)使身(shēn)后更遥远星系的光都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量的(de)黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对(duì)子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它(tā)的(de)大质量区域并不是在中间，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以最好的解释方法(fǎ)就是(shì)当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量(liàng)气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了(le)这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子(zi)弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物质存在的迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过(guò)了(le)130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在宇(yǔ)宙空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域(yù)，但实际(jì)上它们之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们通(tōng)过(guò)对前景背(bèi)景分离后的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才变得(dé)看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量(liàng)值，我们(men)需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的(de)5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一(yī)个简单(dān)的理(lǐ)论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗物质的本(běn)质(zhì)就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力(lì)来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。这种粒子到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标(biāo)粒子所需(xū)要(yào)的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了(le)超过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意(yì)大利的格(gé)兰萨索山(shān)，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的6月份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向与太阳环(huán)绕银河(hé)系(xì)的(de)方向(xiàng)是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向(xiàng)正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全(quán)一(yī)致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流(liú两个字的励志词语精选，两个字的励志词语有内涵,有深度)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽(jǐn)管在实际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个(gè)理论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这(zhè)可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员(yuán)们所(suǒ)观测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度(dù)、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也(yě)符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实验(yàn)室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流的运动特征和第一个(gè)实(shí)验室是一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可(kě)以得(dé)到(dào)相同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不(bù)久，所(suǒ)以截至(zhì)目(mù)前还无法(fǎ)提(tí)供相(xiāng)应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器(qì)提供的(de)视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子(zi)天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如(rú)果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中(zhōng)生命的诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得(dé)到进一步(bù)的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)某个(gè)角落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效应创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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