宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为何(hé)会存在(zài)科学(xué)无法解释的(de)“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年(nián)出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学(xué)家(jiā)们发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨(guǐ)道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团(tuán)的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一(yī)起。测(cè)量星系(xì)团的质(zhì)量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的(de)计算，是利用光谱红(hóng)移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质(zhì)量”的(de)400倍。这意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的(de)形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最汉语拼音u在什么时候上面加两点，拼音里的u什么时候加点诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得(dé)多，按照牛顿(dùn)的运动学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可(kě)见星(xīng)系(xì)的质量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无(wú)法(fǎ)将(jiāng)它们束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基(jī)提出(chū)了这样部分不可见的暗质(zhì)，它不发散(sàn)光(guāng)、吸光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝大部分的质量。只是当(dāng)时的(de)人们对(duì)这样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系(xì)中的恒星运(yùn)动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度(dù)就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但是他(tā)们观(guān)测的结果却(què)让(ràng)人感(gǎn)到不(bù)可思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足够大的质量来吸引它们(men)，这(zhè)些外围(wéi)的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的(de)方法来(l汉语拼音u在什么时候上面加两点，拼音里的u什么时候加点ái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴(zhóu)上(shàng)距离(lí)星系中心(xīn)的距离，以及(jí)在Y轴上气体(tǐ)的旋转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了距离星系(xì)中心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不(bù)符合牛(niú)顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种(zhǒng)向心加速(sù)度(dù)的原因很可能(néng)就(jiù)是(shì)存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开(kāi)始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项新的研(yán)究当中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现(xiàn)速(sù)度(dù)上的(de)微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量却(què)只有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上(shàng)，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进(jìn)行了(le)40个(gè)小时的详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又(yòu)有人(rén)提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星(xīng)系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近(jìn)没有任(rèn)何星(xīng)系存在。造成这些现象的(de)除(chú)了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度(dù)空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间(jiān)的相互(hù)作(zuò)用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的物理定律进行修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物(wù)质假说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇(yǔ)宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其(qí)他(tā)的理(lǐ)论(lùn)证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德(dé)理论(lùn)所没法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜(jìng)”。

径向距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹星系(xì)团，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星系团所组成(chéng)，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星(xīng)团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在星(xīng)系(xì)的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致(zhì)温度(dù)的急(jí)剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这(zhè)样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球上(shàng)的(de)观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的光都发生了扭曲。这个(gè)现象就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天体可能是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这个(gè)区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为(wèi)是暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可(kě)以畅通无阻地(dì)穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上(shàng)留下了各相同性(xìng)的微波(bō)辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较(jiào)高的区(qū)域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图像进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不(bù)应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个(gè)数字(zì)与解(jiě)释(shì)星系当中恒(héng)星运(yùn)动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框(kuāng)架，就很(hěn)好(hǎo)地解释了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的(de)本质就是(shì)宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着(zhe)某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任何(hé)其他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据(jù)。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了(le)数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目(mù)标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式(shì)也(yě)不相同。在过去(qù)的几十(shí)年(nián)当中(zhōng)，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质(zhì)相互作(zuò)用的(de)“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山(shān)，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验室，这个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于(yú)寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这(zhè)里(lǐ)的科学家声称(chēng)观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集(jí)，人们发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学(xué)家认为这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河系进行移动(dòng)，那(nà)么如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味着我(wǒ)们(men)也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一致的(de)，而另外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜(xié)，但是(shì)这并不影响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认(rèn)为(wèi)这(zhè)可以用来解释，研究人(rén)员们所观测到的周(zhōu)期(qī)性(xìng)信号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山(shān)上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南(nán)半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与之前(qián)的(de)实验室(shì)正好相反，而(ér)在这里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大(dà)小跟哈(hā)勃望远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希(xī)格雷斯(sī)罗曼太(tài)空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待(dài)了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体(tǐ)物理(lǐ)中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有(yǒu)另一种神秘(mì)的(de)效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说(shuō)是生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底存(cún)不存(cún)在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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