宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年(nián)当中进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期(qī)实验(yàn)，但(dàn)是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数(shù)学原理一(yī)书(shū)中，埃(āi)萨克牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规律。往后的几百年(nián)来，当天文(wén)学家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会知道，周(zhōu)围一定有未知稚优泉这个牌子怎么样，稚优泉这个牌子怎么样啊的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通(tōng)过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是(shì)这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系(xì)统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我(wǒ)们上升(shēng)到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基正(zhèng)在(zài)研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的(de)巨大(dà)星系团，这些星系被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两种方法结果一致(zhì)，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要(yào)的数据是测(cè)量各个(gè)星系的光(guāng)度。

第二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测(cè)量(liàng)星(xīng)系团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测量结果出(chū)来之(zhī)后，兹威基(jī)彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所存(cún)在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量(liàng)速度的过程(chéng)中，兹威基发(fā)现(xiàn)星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无(wú)法(fǎ)将它们束缚在星系(xì)团内的，它们早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分的质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结(jié)果却(què)让人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离的增(zēng)加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足够大(dà)的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是(shì)测(cè)量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是由暗物质(zhì)的(de)力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的运行速度(dù)应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速(sù)度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么(me)产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的(de)原因很可能(néng)就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是(shì)唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个(gè)反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却(què)只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)对其进行(xíng)了40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是(shì)可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提(tí)出，也许该(gāi)星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物(wù)质的假说之外，另一种可能就是人(rén)类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解(jiě)的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系(xì)和(hé)星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系(xì)团之间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特(tè)殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗(àn)物质存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它(tā)们(men)大部(bù)分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万(wàn)公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互(hù)作用就会导致温度的急剧(jù)升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的(de)中间区域。那么我(wǒ)们(men)通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望(wàng)远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是真(zhēn)的(de)被扭曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥(yáo)远的天(tiān)体和我们地球上(shàng)的(de)观测者之(zhī)间。被(bèi)一个质量超级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都(dōu)发(fā)生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天(tiān)体可能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹星系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解释方法就是当星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到(dào)的质(zhì)量(liàng)气体被(bèi)卡在(zài)了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经稚优泉这个牌子怎么样，稚优泉这个牌子怎么样啊(jīng)过(guò)了(le)130多(duō)亿(yì)年之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对前(qián)景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如(rú)果宇宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系(xì)当(dāng)中恒星(xīng)运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当(dāng)中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与(yǔ)任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引(yǐn)力(lì)来相互作用。所以如果能(néng)够找到(dào)这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十(shí)年(nián)当中，人类(lèi)为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的(de)“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已(yǐ)经进行(xíng)了超过(guò)50次(cì)的实(shí)验，却没有任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有(yǒu)一个三层楼高的探测(cè)器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家声称观测到了(le)某(mǒu)种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当(dāng)中每(měi)年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认为(wèi)这可能(néng)是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期(qī)性的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进(jìn)行移动，那么如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)也在以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产(chǎn)生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正(zhèng)好达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快(kuài)的(de)时段。而在11月份，又恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释，研究人(rén)员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期(qī)的(de)规律。

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所以，科学家们又在南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流的(de)运动(dòng)特征和第(dì)一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是(shì)由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōng)望(wàng)远镜其中一(yī)个(gè)关键(jiàn)的(de)用(yòng)途就(jiù)是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实(shí)验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或(huò)者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味(wèi)着人类并不孤(gū)单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当(dāng)然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先(xiān)找(zhǎo)到暗物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞(zàn)，你的支(zhī)持是我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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