宇宙(zhòu)是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的(de)几十(shí)年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发(fā)现(xiàn)任何的有效证据。除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学(xué)数学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克(kè)牛顿(dùn)发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规(guī)律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定(dìng)有未知的天体通(tōng)过(guò)引力(lì)在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推(tuī)算并且发现了海王星的(de)存(cún)在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在(zài)研究和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的(de)巨(jù)大大学专业分流什么意思啊，什么叫大学专业分流(dà)星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团的质量(liàng)一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光(guāng)度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星(xīng)系(xì)团的运动速(sù)度。当测量(liàng)结果(guǒ)出来(lái)之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度(dù)学质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说这(zhè)99%的质量(liàng)并不以可见(jiàn)光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基(jī)发现星系团中很多星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照牛(niú)顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无(wú)法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们(men)早(zǎo)就应(yīng)该(gāi)被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出(chū)了(le)这(zhè)样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种说(shuō)法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢(màn)。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人(rén)感到不可(kě)思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加(jiā)，恒星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科(kē)学家们会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就是测量星系当中气体在X轴上距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的(de)旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系(xì)中心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系(xì)的(de)第三(sān)悬(xuán)臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力定律(lǜ)进行计算(suàn)，太阳系(xì)的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这(zhè)个(gè)实际速(sù)度远远大于(yú)理(lǐ)论速度(dù)，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心(xīn)加速(sù)度的原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据(jù)星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度(dù)，估算在星系当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的(de)85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可(kě)以解(jiě)释这(zhè)个(gè)现象的原因。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当(dāng)中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外(wài)，天文学家(jiā)还发(fā)现了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河(hé)系的(de)千分之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存(cún)在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是科学(xué)家们使用(yòng)最先(xiān)进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后，发现(xiàn)星系中的恒星(xīng)运动是可以用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被(bèi)附近的另一个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之(zhī)外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力(lì)很可能在(zài)不同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的(de)轨(guǐ)道(dào)，按照我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力(lì)之间(jiān)的相互(hù)作用则(zé)是不(bù)同的方式。对于在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科学家还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物(wù)理定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质(zhì)假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这(zhè)些理论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的气(qì)体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会(huì)导致(zhì)温度的急(jí)剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域(yù)。那么我们(men)通过什么来(lái)验证它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一(yī)个质(zhì)量(liàng)超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大质量(liàng)的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释方法就(jiù)是(shì)当星(xīng)团(tuán)发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被(bèi)卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可(kě)见(jiàn)光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相同性(xìng)的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分表(biǎo)示温(wēn)度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一(yī)。

科学家(jiā)们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离后的(de)二值图(tú)像进行连(lián)通域提(tí)取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们(men)需要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质比例是一(yī)致(zhì)的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多不(bù)同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在着某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来相互作用。所(suǒ)以如果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数(shù)十种的假想目标，而(ér)要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验(yàn)方(fāng)式也(yě)不相(xiāng)同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些看不见、摸不(bù)到(dào)，几乎(hū)不会(huì)与常规物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有任何(hé)实(shí)质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑(bēi)斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼高的探测器，一(yī)直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的(de)周(zhōu)期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科(kē)学家声称(chēng)观测到(dào)了(le)某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年(nián)的(de)数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的事(shì)情。探测(cè)率会在每(měi)年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可(kě)能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220公里/秒的速度围绕(rào)着(zhe)银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环绕银河系的方(fāng)向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达(dá)到了最慢值。尽(jǐn)管在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河(hé)系(xì)的平(píng)面呈现了60度的(de)倾斜，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学(xué)家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的(de)周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的(de)水分、高山上(shàng)的(de)积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符(fú)合这个(gè)周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物(wù)质流的运(yùn)动特(tè)征和第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相应的数据(jù)支(zhī)持。另外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空望(wàng)远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野是哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费米实验室粒子天体物理(lǐ)中心的科(kē)学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存(cún)在，它们极有(yǒu)可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗(àn)物质(zhì)效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证实，那么(me)遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是(shì)要先找到暗物(wù)质(zhì)存在的(de)实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得暗物质到底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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