宇宙是“人为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个(gè)地(dì)方(fāng)，在1687年(nián)出(chū)版的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表(biǎo)了万有引(yǐn)力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天(tiān)体运(yùn)动的(de)规(guī)律。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符(fú)合(hé)万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算(suàn)并且发现了(le)海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的(de)例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹(zī)威基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力(lì)束缚在一起。测量星系团(tuán)的(de)质(zhì)量一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围(wéi)。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力(lì)学质量的计(jì)算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相对于(yú)星(xīng)系团(tuán)的运动(dòng)速(sù)度。当(dāng)测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量(liàng)在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分(fēn)不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只是(shì)当时(shí)的人(rén)们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女(nǚ)座星系中的(de)恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨(guǐ)道上的(de)运(yùn)行速度就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却(què)让人感到不可思(sī)议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力(lì)定(dìng)律，在(zài)星系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于(yú)这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗物质的(de)存在，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果(guǒ)出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认(rèn)为是由(yóu)暗物(wù)质的力(lì)量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过(guò)射电望远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中(zhōng)心(xīn)更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛(niú)顿的(de)力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之(zhī)上，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论速度，那(nà)么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的速(sù)度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物(wù)质的(de)质量占整个星(xīng)系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新(xīn)的研究当(dāng)中，科学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥(yáo)远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度(dù)上的微小差异。另外，天(tiān)文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和银(yín)河系不多(duō)，但是星系当中(zhōng)存在(zài)的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所(suǒ)以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的(de)物质(zhì)和力学定律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附(fù)近的另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还(hái)不够全(quán)面，引力很可(kě)能在不同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同(tóng)的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系(xì)和星团的尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用则是不同(tóng)的方式。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间(jiān)的相互作用，科学家还(hái)引(yǐn)入了外部场效应(yīng)的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年的(de)规模上，巨大的质量(liàng)之间会产生对(duì)彼(bǐ)此特(tè)殊的效果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着(zhe)我们需要对现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就(jiù虎眼石怎么辨别真假，虎眼石什么人不能戴)此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没(méi)法(fǎ)解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量都(dōu)在星系的气体(tǐ)当中。当星团(tuán)以(yǐ)1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的(de)急(jí)剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有(yǒu)这些气体所在的中(zhōng)间区域。那么我们通(tōng)过什(shén)么来验证它(tā)的(de)质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空望(wàng)远镜传回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片，在照片(piàn)中我(wǒ)们(men)可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系似乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的(de)被扭曲了，也(yě)不(bù)是(shì)韦(wéi)伯望(wàng)远镜出(chū)了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身后更遥远(yuǎn)星(xīng)系(xì)的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区(qū)域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释(shì)方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量(liàng)气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区域，并在(zài)两(liǎng)边形成(chéng)了(le)引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的(de)引力透镜研究也(yě)被认为(wèi)是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年(nián)之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留(liú)下了(le)各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前(qián)景背(bèi)景分离后的(de)二值(zhí)图像进行(xíng)连通(tōng)域提取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看起来不应该是(shì)这(zhè)样(yàng)的，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变(biàn)得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我(wǒ)们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很(hěn)多不同的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的(de)本质就是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某(mǒu)种类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这(zhè)种粒子的存在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目(mù)标，而要寻(xún)找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标(biāo)粒子所需(xū)要的实验方式(shì)也不(bù)相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸不到(dào)，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井(jǐng)当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直(zhí)致力于(yú)寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了(le)一(yī)个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值(zhí)，然后在11月虎眼石怎么辨别真假，虎眼石什么人不能戴降到(dào)最(zuì)低(dī)，而(ér)且(qiě)在20年(nián)当(dāng)中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是(shì)人类(lèi)发现暗(àn)物(wù)质的第一(yī)个直(zhí)接(jiē)证据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的(de)时间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太阳环绕银河系(xì)的方向(xiàng)是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质流(liú)最(zuì)快的时段。而(ér)在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到了最(zuì)慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影(yǐng)响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的(de)数量也符(fú)合这个周期(qī)的规律。

所(suǒ)以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节与之前(qián)的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此(cǐ)，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可(kě)以(yǐ)成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一台(tái)新的望(wàng)远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空(kōng)望远镜其(qí)中一个(gè)关键的用途(tú)就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验(yàn)室(shì)粒子天体物(wù)理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着(zhe)人类并不孤(gū)单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角落的行(xíng)星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过(guò)这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前(qián)提是要(yào)先(xiān)找到暗物质存在(zài)的实际(jì)证(zhèng)据(jù)。那(nà)么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质到底(dǐ)存(cún)不(bù)存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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