宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除(chú)了(le)一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃(āi)萨(sà)克牛顿发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体运动的(de)规(guī)律(lǜ)。往后的几百年(nián)来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天(tiān)体通过引(yǐn)力(lì)在(zài)摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨(guǐ)道的(de)异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗星(xīng)、冥(míng)王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大(dà)天文(wén)成(chéng)就的例子(zi)。但是(shì)这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度(dù)当中(zhōng)，可当我们上(shàng)升到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始(shǐ)变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研(yán)究(jiū)和测量后(hòu)发(fā)星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在一起。测量星系团的(de)质量一般会使(shǐ)用到两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果(guǒ)一致，就可(kě)以确定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度(dù)。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对(duì)于星(xīng)系团的(de)运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵(měng)了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式(shì)所存在，我们(men)无(wú)法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的(de)是，在测(cè)量速(sù)度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照牛顿的(de)运(yùn)动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系(xì)的质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

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据此，兹维基提出(chū)了这样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一(yī)种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个(gè)词才再(zài)一次出(chū)现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来(lái)说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思(sī)议。

随着与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星(xīng)的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引力定律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质(zhì)量(liàng)来(lái)吸引它们，这些外(wài)围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在，这种(zhǒng)方法就是测(cè)量星系当中(zhōng)气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星系(xì)中(zhōng)心更(gèng)远距离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转(zhuǎn)速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例weather可数吗感叹句，a bad weather可数吗外，太阳(yáng)系(xì)位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是存在着一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根(gēn)据星系(xì)外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解释这个现(xiàn)象的原(yuán)因。在一项新的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家(jiā)们发(fā)现，几乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差(chà)异。另外，天文(wén)学家还发现了(le)一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但(dàn)是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系(xì)的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会(huì)分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物(wù)质(zhì)和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那(nà)么(me)又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何星(xīng)系存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗(àn)物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不同尺度空间中的(de)工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在行(xíng)星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿(yán)着(zhe)它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到(dào)星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引(yǐn)入(rù)了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨(jù)大的质量(liàng)之间(jiān)会产生对彼此特(tè)殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论成立(lì)，这(zhè)意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理(lǐ)论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的(de)子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星系团所组(zweather可数吗感叹句，a bad weather可数吗ǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大(dà)部分的(de)普通质量都(dōu)在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的(de)相互作(zuò)用就会导致温度的(de)急剧(jù)升(shēng)高，速度(dù)大(dà)幅降低(dī)。所以在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位(wèi)于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质量区域到(dào)底是不是集(jí)中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天(tiān)体遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这个巨大的天体(tǐ)可(kě)能是超大(dà)质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域并(bìng)不是(shì)在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测(cè)到的质量(liàng)气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通(tōng)过(guò)了(le)这个(gè)区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最好(hǎo)的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古(gǔ)老(lǎo)的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开(kāi)始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙当中了。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐(fú)射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的区域(yù)，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连(lián)通域(yù)提取和(hé)标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随着暗物质的增加(jiā)，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着。

用了一个简(jiǎn)单的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是什(shén)么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些(xiē)不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不(bù)会与常规物质相互(hù)作(zuò)用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯(sī)山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处(chù)的地(dì)下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏(cáng)着(zhe)地球(qiú)上最大的(de)地(dì)学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的(de)周期性震(zhèn)荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称观测到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发(fā)现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这可能是人类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过(guò)程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间(jiān)，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿越暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然(rán)也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪，甚(shèn)至连(lián)意(yì)大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几乎相同(tóng)的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前(qián)的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征(zhēng)和(hé)第一个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里(lǐ)可以得到(dào)相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发射一台新的(de)望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探索暗物质(zhì)背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能(néng)拭目(mù)以待(dài)了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是(shì)生(shēng)命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许在宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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