宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的几十(shí)年当中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是却没有(yǒu)发现任何的有效(xiào)证据。除了(le)一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现某些天体运行轨道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万(wàn)有(yǒu)引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但(dàn)是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到(dào)星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情(qíng)就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星系所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当(dāng)两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质(zhì)量的(de)范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的(de)质(zhì)量(liàng)"，需要的数据是测(cè)量各个星(xīng)系的(de)光(guāng)度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系团的运(yùn)动(dòng)速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的质(zhì)量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式所存在，我们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照(zhào)牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这些可见星(xīng)系的质量(liàng)所产生的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束缚在星系(xì)团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了(le)这样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着(zhe)宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词(cí)才再一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远(yuǎn)的恒(héng)星在其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他(tā)们观(guān)测的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有引力定律，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足(zú)够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是(shì)测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质(zhì)的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银河系的第三悬(xuán)臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有(yǒu)引力定律进(jìn)行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在(zài)以220千(qiān)米/秒的速(sù)度(dù)围绕银河系旋转，这个(gè)实际(jì)速度远远大(dà)于理论速度，那(nà)么产(chǎn)生(shēng)以上这种向心加(jiā)速度的(de)原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引力效应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来越多(duō)的研究人员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新(xīn)的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微(wēi)小差异(yì)。另(lìng)外，天文(wén)学家还(hái)发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则就(jiù)会(huì)分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正(zhèng)常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的(de)附近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象(xiàng)的(de)除(chú)了暗物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它(tā)们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运动。但(dàn)是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是不同的方式。对于在星(xīng)系团之间的相(xiāng)互(hù)作用(yòng)，科学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光年(nián)的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个(gè)理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要对现在的物(wù)理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但(dàn)是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力(lì)透(tòu)镜(jìng)”。

径向距离为云n是哪里的车牌号37亿光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团所组成，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间(jiān)区(qū)域(yù)。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本(běn)身(shēn)并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题(tí)，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的(de)天(tiān)体和我们(men)地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级(jí)巨大的天(tiān)体(tǐ)遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生(shēng)了(le)扭曲。这个现(xiàn)象就是(shì)引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大(dà)质量(liàng)的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候，发(fā)现(xiàn)它的大质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物(wù)质则直接通过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光(guāng)终于可以畅通无阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分(fēn)表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对(duì)较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之间的温差只有万分之一。

科学家(jiā)们通过对前(qián)景(jǐng)背(bèi)景分离后的二值图像(xiàng)进行连(lián)通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图(tú)形看起来不(bù)应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着(zhe)暗物质(zhì)的增加，一(yī)些(xiē)峰值(zhí)的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射(shè)的测(cè)量(liàng)值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到(dào)这种(zhǒng)粒(lì)子的存在，就相当于找到了(le)暗(àn)物质(zhì)存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了(le)数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不(bù)相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规(guī)物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们(men)已(yǐ)经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没(méi)有任(rèn)何实质性的(de)发现，除了一个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的(de)探测器，一直致力(lì)于寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率会在每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而且在(zài)20年当中(zhōng)每年都是一(yī)样。一(yī)些科学家(jiā)认为这可(kě)能是(shì)人类发现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗物质会产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味着我(wǒ)们也在(zài)以这(zhè)样的速度(dù)在穿越着暗物质(zhì)流(liú)，这个过程(chéng)中会(huì)产生相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方(fāng)向是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时(shí)候(hòu)，地球与太阳的(de)方向正好(hǎo)达到完全(quán)一致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是(shì)这(zhè)并(bìng)不影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所(suǒ)观测到的周期(qī)性(xìng)信号(hào)。当(dāng)然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度周(zhōu)期信号(hào)的差异也可能是温度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立(lì)了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的实(shí)验室正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过(guò)暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实(shí)验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相(xiāng)应(yīng)的数据支持。另外，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的(de)望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀(pò)和(hé)贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中(zhōng)的暗物质会不(bù)会意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样的(de)效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉(jué)得(dé)暗物质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的支(zhī)持(chí)是我(wǒ)更新的(de)动力！

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