宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家们在过去的几十年当(dāng)中(zhōng)进行了超过50次的长期实验，但(dàn)是却没(méi)有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天(tiān)体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些(xiē)天体运行(xíng)轨道出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就会知道(dào)，周围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它(tā)的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定律所(suǒ)取得重大(dà)天文成就的例子。但是这些发现都是在恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理(lǐ)学家(jiā)弗里茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和(hé)测量后(hòu)发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确(què)定(dìng)其(qí)质量的范围。

第一种是获(huò)得其(qí)"光度学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中的各(gè)个星系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻(chè)底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威(wēi)基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照(zhào)牛(niú)顿的运动学定律，仅靠这些可见星系的质量所产生的引力是无法将它们束(shù)缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反射光(guāng)，但(dàn)是它(tā)们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部(bù)分(fēn)的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的一种(zhǒng)说(shuō)法不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特(tè)福特在观(guān)测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论(lùn)上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距离(lí)的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变(biàn)。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大(dà)的质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到(dào)宇宙当(dāng)中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的(de)旋(xuán)转速度。如(rú)果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的结果(guǒ)，就认为是由(yóu)暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测(cè)量了距离(lí)星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也(yě)不例外，太阳系位(wèi)于银河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离(lí)银(yín)河系(xì)中心(xīn)2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速度(dù)远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能(néng)就是存在着一(yī)种我们看不到的物质(zhì)，是(shì)这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系(xì)外恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估算(suàn)在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以(yǐ)解释这个现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒(héng)星之间(jiān)，也会出(chū)现(xiàn)速度上(shàng)的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河(hé)系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在理论上(shàng)，该星(xīng)系(xì)必须(xū)存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分(fēn)崩(bēng)离析。但是科(kē)学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进(jìn)行(xíng)了(le)40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释的。那(nà)么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的(de)另一个大(dà)星系(xì)剥离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有(yǒu)任何(hé)星系存在。造成这些(xiē)现(xiàn)象的除了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解(jiě)还不够全(quán)面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺度(dù)空(kōng)间中的工(gōng)作方(fāng)式是不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方(fāng)式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还引(yǐn)入了外(wài)部场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的质(zhì)量之(zhī)间会产生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它(tā)们(men)大部分(fēn)的普通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/元的结构和部首是什么意思，元的结构和部首是什么字小时发生碰撞的时(shí)候，星际(jì)气体的相互作用就(jiù)会导致温度的(de)急剧(jù)升高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之(zhī)后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到底是(shì)不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远镜传回了宇宙当中第(dì)一张(zhāng)全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看(kàn)到很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉伸产生了巨大的形变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级(jí)巨(jù)大(dà)的天(tiān)体遮挡，这个(gè元的结构和部首是什么意思，元的结构和部首是什么字)超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象就是引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星系团观测的时候，发现它的大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则(zé)直(zhí)接通(tōng)过了(le)这个区域，并在两边形成了引(yǐn)力透镜(jìng)。对子弹星系团的(de)引力透镜(jìng)研究也(yě)被(bèi)认为是暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光(guāng)。从(cóng)宇宙(zhòu)大(dà)爆(bào)炸开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其(qí)中红(hóng)色的部分(fēn)表(biǎo)示温(wēn)度较高的区(qū)域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上它(tā)们之间的温(wēn)差只(zhǐ)有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的二(èr)值图像进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起(qǐ)来不(bù)应该是(shì)这样的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度(dù)会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看(kàn)起来“和(hé)谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物(wù)质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多(duō)不同的观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其(qí)他的(de)电磁作用，只通过引力(lì)来(lái)相互(hù)作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不(bù)同(tóng)的(de)目(mù)标粒(lì)子所(suǒ)需要的实(shí)验方式也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大(dà)利的(de)格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室(shì)，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层(céng)楼高的(de)探(tàn)测器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数据收(shōu)集，人们发现了一(yī)个(gè)有趣的(de)事(shì)情。探测(cè)率(lǜ)会(huì)在每年(nián)的6月(yuè)份达到峰(fēng)值(zhí)，然后在(zài)11月降到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中(zhōng)每年(nián)都是一样。一些科学(xué)家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物(wù)质的第一个直接证据。

但(dàn)是(shì)为什(shén)么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河系(xì)进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当(dāng)中，这意味着(zhe)我们也在以这(zhè)样的速度在穿越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间(jiān)，地球围绕(rào)太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向(xiàng)是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的(de)方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质(zhì)流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为(wèi)这可以用来解(jiě)释(shì)，研究人员们所观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号。当然也可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上(shàng)的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个(gè)周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家(jiā)们又在南半球建立(lì)了一个几(jǐ)乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前(qián)的实验室正好相反，而在(zài)这里，地(dì)球穿(chuān)过暗(àn)物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得到相同的(de)信号(hào)，就可以成(chéng)为暗物(wù)质(zhì)所存在(zài)的非常有力(lì)的证据(jù)了。但是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台(tái)新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希(xī)格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它(tā)的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目(mù)以待了。费(fèi)米实验室粒子天(tiān)体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支持宇(yǔ)宙当中生命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大前提是要先找到(dào)暗物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新(xīn)的动力！

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