宇宙是“人为制(zhì)造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)存在的证据，科学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它揭示了(le)宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会(huì)知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的(de)天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维耶就通过(guò)天王星运(yùn)行轨道的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现(xiàn)都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升到(dào)星(xīng)系或(huò)者是星(xīng)团的尺度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量。这(zhè)是一个(gè)由(yóu)数千(qiān)个(gè)星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星(xīng)系团的质量一般会使用(yòng)到(dào)两种方法，当两(liǎng)种方法结果一(yī)致(zhì)，就可以(yǐ)确定(dìng)其(qí)质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二种是动力学质(zhì)量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并(bìng)不(bù)以可见光的(de)形式(shì)所存(cún)在，我们(men)无法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发(fā)现(xiàn)星系团中很(hěn)多星系的速度比(bǐ)理论上要快得(dé)多，按照牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚(fù)在星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起(qǐ)作用，这种力量来源于某种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时(shí)的人(rén)们对这样的一(yī)种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与(yǔ)中心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中(zhōng)如果(guǒ)没有足够(gòu)大的质量来吸(xī)引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种现(xiàn)象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用(yòng)一种相对标准的方法来解释(shì)暗(àn)物(wù)质(zhì)的存(cún)在，这种方(fāng)法就是(shì)测量星(xīng)系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认(rèn)为是(shì)由暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中。

于是(shì)科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转速(sù)度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定律。我(wǒ)们(men)的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距(jù)离银(yín)河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕银(yín)河(hé)系旋(xuán)转，这(zhè)个实际速度远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是(shì)存在着一种(zhǒng)我们看不到的(de)物质，是(shì)这些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这(zhè)时开始，越来越(yuè)多(duō)的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发现，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只有银(yín)河(hé)系的千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学家们使用最(zuì)先进(jìn)的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物(wù)质和力学定律(lǜ)来解(jiě)释的(de)。那么又(yòu)有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该(gāi)星系的暗物质，已经被附近(jìn)的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪的是，它(tā)的附近没有任何(hé)星(xīng)系存在。造(zào)成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的(de)假说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解(jiě)的方式运(yùn)动(dòng)。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则(zé)是不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团(tuán)之间(jiān)的相互作用(yòng)，科(kē)学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模(mó)上(shàng)，巨大(dà)的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成(chéng)立(lì)，这(zhè)意味着我们需(xū)要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修正，这些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗物质假说理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关(guān)于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙德(dé)理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向距离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系(xì)团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部(bù)分的普通质量都在星(xīng)系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的(deh2so4是什么化学名称怎么读，hno3是什么化学名称)中间区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量区域到底(dǐ)是不是集(jí)中(zhōng)在中(zhōng)间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第一(yī)张全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明(míng)显地(dì)看(kàn)到很多星系似(shì)乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质(zhì)量(liàng)的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质(zhì)量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当人们对子(zi)弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观(guān)测到(dào)的(de)质量(liàng)气体(tǐ)被卡在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终(zhōng)于可(kě)以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经过了(le)130多亿年之后，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景上留下了(le)各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果(guǒ)宇宙当中没(méi)有暗(àn)物(wù)质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值(zhí)的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通(tōng)物质的(de)5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质(zhì)比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单的理论框架，就(jiù)很好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任(rèn)何其(qí)他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来相互(hù)作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这(zhè)种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒(lì)子到底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了(le)数十(shí)种的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻(xún)找这些不(bù)同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也不相同。在过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规物质相互作(zuò)用的“暗物(wù)质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没有任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测(cè)器，一直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据(jù)收集，人们发现了一(yī)个有(yǒu)趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰值(zhí)，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一(yī)个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗物(wù)质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生(shēng)相应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太阳进行h2so4是什么化学名称怎么读，hno3是什么化学名称旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河(hé)系的方向是一致的，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方(fāng)向正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上(shàng)地(dì)球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这(zhè)个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观(guān)测到的周期(qī)性信号。当然也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可(kě)能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南(nán)半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里，地球穿过暗物质(zhì)流的(de)运(yùn)动特征和第一个实验室是一样(yàng)的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的(de)信号，就可以成(chéng)为(wèi)暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在(zài)，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效应(yīng)，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意(yì)味着人类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提(tí)是(shì)要先(xiān)找到暗物质存(cún)在(zài)的(de)实(shí)际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到(dào)底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持是我更新的动力！

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