宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在(zài)科(kē)学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们(men)在过去(qù)的几十年(nián)当中进(jìn)行了超过(guò)50次的(de)长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证(zhèng)据。除了一个地(dì)方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律(lǜ)，它揭示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律(lǜ)的(de)时(shí)候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存(cún)在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是一个由数千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng指甲刀品牌排行榜前十名，指甲刀哪个品牌质量好)星系团(tuán)的质量一般会使(shǐ)用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是(shì)动力学质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系(xì)相对于星系(xì)团(tuán)的(de)运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星(xīng)系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿(dùn)的运动(dòng)学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引力是无(wú)法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种(zhǒng)神秘的(de)力量(liàng)在起作用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基(jī)提出了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它不(bù)发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分的质量。只是(shì)当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的(de)恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越慢。但是他们观测的(de)结(jié)果却让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿(dùn)的(de)万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外围(wéi)的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的(de)存在(zài)，这种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系(xì)中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的(de)氢元素，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实(shí)际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大(dà)于理论速度，那么产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到(dào)的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时(shí)开始，越(yuè)来越多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根据(jù)星系外恒星(xīng)轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的(de)质量(liàng)占整个(gè)星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先(xiān)进(jìn)的望远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后(hòu)，发现星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现象的(de)除了(le)暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不够全(quán)面，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于(yú)在星系团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的(de)概念，指的(de)是在数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成(chéng)立(lì)，这意味着我们需要对(duì)现在的物理定(dìng)律进行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在的其他(tā)的理论证据，这些理论证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星(xīng)际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于(yú)所有这些气体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清(qīng)照片，在照(zhào)片中我们可以(yǐ)明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生(shēng)了(le)巨(jù)大的形变。其实这些星系本身并不是真的(de)被(bèi)扭曲了，也(yě)不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天(tiān)体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对(duì)子(zi)弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现(xiàn)它的(de)大(dà)质量(liàng)区域并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质则(zé)直接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹(dàn)星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在(zài)的(de)迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)最古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了(le)。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有万分之一。

科学(xué)家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图(tú)像进(jìn)行(xíng)连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而(ér)随(suí)着(zhe)暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看(kàn)起(qǐ)来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙(zhòu)微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大约(yuē)是(shì)普通物质的5倍。这(zhè)个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的(de)暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而(ér)暗物质的本质就是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其他的电(diàn)磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存在(zài)，就相(xiāng)当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗(àn)物质存在的(de)实际证据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学(xué)家们(men)已经(jīng)提出了数十种的假想(xiǎng)目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的目(mù)标粒子所需要的实(shí)验方式也不相同(tóng)。在(zài)过(guò)去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质(zhì)相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的发现，除了一(yī)个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的(de)地(dì)学(xué)实验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测到(dào)了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的(de)事情。探测率会在(zài)每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是为(wèi)什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年(nián)度信号(hào)呢(ne)？刚才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半(bàn)年(nián)的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的(de)方向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系(xì)的方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有(yǒu)其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符(fú)合这个周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流(liú)的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就可以成为暗物质所存(cún)在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。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(fǎ)提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈(hā)勃(bó)红外(wài)仪器的100倍。南希格(gé)雷斯罗曼太空望(wàng)远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了(le)。费米(mǐ)实(shí)验室粒子天体物理中(zhōng)心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗(àn)物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生(shēng)命(mìng)的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理(lǐ)论(lùn)得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行(xíng)星上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉得暗物质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是(shì)我更新的动力！

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