宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什么(me)？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几(jǐ)十年(nián)当中(zhōng)进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据。除了一个(gè)地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律的时(shí)候，他们就(jiù)会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围(wéi)一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒(héng)星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者(zhě)是星(xīng)团的尺度(dù)，事情就开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基正(zhèng)在研究和(hé)测量后(hòu)发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的(de)数据(jù)是测(cè)量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威基(jī)彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发(fā)座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消(xiāo)失了，或者(zhě)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，在测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质量(liàng)所产生的引(yǐn)力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被(bèi)抛出星系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的(de)物(wù)质。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是(shì)它们(men)却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)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，“暗物质(zhì)”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特(tè)在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就会(huì)越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没(méi)有足够(gòu)大(dà)的(de)质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(鲨鱼裤和打底裤什么区别，鲨鱼裤跟打底有什么区别le)。基于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相(xiāng)对标准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方(fāng)法(fǎ)就是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的距(jù)离，以及(jí)在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家(jiā)们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并(bìng)不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远(yuǎn)大于(yú)理论速度，那么产生以上这种向(xiàng)心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是(shì)这些暗(àn)物质的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来(lái)越多的研究人员(yuán)开始相信暗物质的存在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中(zhōng)暗物质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这(zhè)个现象的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项(xiàng)新(xīn)的研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没(méi)有(yǒu)引力效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是星系(xì)当(dāng)中(zhōng)存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的(de)千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系中的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常的物质和力(lì)学定律来解(j鲨鱼裤和打底裤什么区别，鲨鱼裤跟打底有什么区别iě)释(shì)的(de)。那么又有人(rén)提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系(xì)存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可(kě)能在不同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方(fāng)式是(shì)不同的，这意(yì)味着(zhe)在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们(men)所理(lǐ)解(jiě)的方式运(yùn)动。但(dàn)是上(shàng)升到(dào)星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是在(zài)数(shù)百万(wàn)光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说(shuō)理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的(de)其他(tā)的理论证据(jù)，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力(lì)透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系团，由(yóu)两个碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的(de)星团(tuán)，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当(dāng)星(xīng)团以1000万(wàn)公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导(dǎo)致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些(xiē)气体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大的形变。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样极遥远(yuǎn)的天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引(yǐn)力，会(huì)使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大的(de)天(tiān)体可能是(shì)超大质(zhì)量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区(qū)域(yù)并不是在中(zhōng)间，而(ér)是(shì)在两侧。所以最好的解(jiě)释(shì)方(fāng)法就是当星团发生全部的(de)碰撞时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认(rèn)为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可(kě)以(yǐ)畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的(de)微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色(sè)则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背景分离后的(de)二值图(tú)像进行连通域提(tí)取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形(xíng)看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与(yǔ)解释星系当中恒星运(yùn)动所(suǒ)需要的暗物(wù)质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地鲨鱼裤和打底裤什么区别，鲨鱼裤跟打底有什么区别解释(shì)了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本(běn)质就是宇宙当中(zhōng)存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力(lì)来相互作用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什么？科(kē)学家们已经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目标粒子(zi)所(suǒ)需要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中(zhōng)，人类为了寻找这些(xiē)看不(bù)见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超(chāo)过50次(cì)的实验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯(sī)山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球上最大(dà)的(de)地学实验(yàn)室(shì)，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性(xìng)震荡。

自1997年(nián)以来，这里(lǐ)的科学家声称观测到了(le)某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据(jù)收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每(měi)年(nián)的(de)6月份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物质会产生(shēng)周期性(xìng)的(de)年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个(gè)过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应的(de)振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的(de)方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正(zhèng)好达到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响这(zhè)个理论的有效性。

因(yīn)此(cǐ)科学家认为这可以用(yòng)来解释，研(yán)究人员们所观(guān)测到(dào)的(de)周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能(néng)是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的积(jī)雪，甚(shèn)至连意大利游客的数量也符合(hé)这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家(jiā)们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存在(zài)的非常有力(lì)的证(zhèng)据了。但(dàn)是(shì)由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将(jiāng)会(huì)发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希(xī)格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是哈勃红(hóng)外仪器(qì)的(de)100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于(yú)探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了(le)。费米实验室(shì)粒(lì)子(zi)天体物理中心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发(fā)现，如果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着人类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗物(wù)质正在通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的(de)大前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持是(shì)我更新的动力！

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