宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科(kē)学家们在过去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了(le)万有(yǒu)引力(lì)定律，它揭示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动的规律(lǜ)。往后(hòu)的几百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不(bù)符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存在(zài)。另(lìng)外(wài)，哈雷彗星、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万(wàn)有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一(yī)个(gè)由数千个星(xīng)系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一(yī)致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力(lì)学质量的(de)计(jì)算，是利(lì)用(yòng)光谱(pǔ)红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于(yú)星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的(de)质量消失了，或(huò)者说(shuō)这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的形式所存在，我们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基发现星系团中很多星(xīng)系的速(sù)度(dù)比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可(kě)见星系的质(zhì)量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大部分(fēn)的质量。只是(shì)当时的人们对(duì)这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一(yī)次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉(lā)鲁宾和(hé)肯特福(fú)特(tè)在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒(héng)星在其轨道上的运(yùn)行速度就会越慢。但是他(tā)们观(guān)测的结果却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与中心距(jù)离的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不(bù)变(biàn)。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律，在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)如果没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引它们，这些外(wài)围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用一种相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存(cún)在(zài)，这种方法就是测(cè)量(liàng)星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗(àn)物质(zhì)的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们(men)通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距(jù)离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们(men)的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律(lǜ)。我们(men)的(de)太阳系也不例外，太阳(yáng)系位(wèi)于银(yín)河系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际(jì)速度远远大于理论(lùn)速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向(xiàng)心(xīn)加速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不(bù)到的物质，是这大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么些暗(àn)物质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在(zài)了一(yī)起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速度，估算(suàn)在(zài)星系(xì)当中(zhōng)暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并(bìng)不(bù)是唯一可以解释这个现象(xiàng)的原因。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现(xiàn)，几乎没(méi)有(yǒu)引力(lì)效应(yīng)的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还(hái)发现了一(yī)个反(fǎn)常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但(dàn)是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星(xīng)数量却只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详(xiáng)细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的物(wù)质和力(lì)学定律来解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该(gāi)星系的暗(àn)物质，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一(yī)种(zhǒng)可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理解还不够全(quán)面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的(de)天体会沿着它们(men)的(de)轨道，按(àn)照我(wǒ)们(men)所(suǒ)理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是(shì)上升到(dào)星系和星团(tuán)的尺(chǐ)度，引力(lì)之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式(shì)。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科学家还引入(rù)了外(wài)部场效(xiào)应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们需要对(duì)现(xiàn)在的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当中(zhōng)还有关(guān)于暗物质存(cún)在的其他的理论(lùn)证据，这些理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的(de)星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体当(dāng)中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么de)相互(hù)作用就会(huì)导(dǎo)致温度的(大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么de)急剧升高，速度大幅降低(dī)。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子(zi)弹星(xīng)系团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这些气体所在的中间(jiān)区(qū)域。那么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不(bù)久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照(zhào)片中我们可以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系(xì)的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候，发现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的(de)解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生(shēng)全(quán)部的(de)碰撞时，可被(bèi)观(guān)测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个(gè)区域，并在两(liǎng)边形成(chéng)了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也被认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证据(jù)。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大(dà)爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅(chàng)通无阻地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相同性的微波辐(fú)射(shè)。其中红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色则(zé)表示相对较冷的区域，但实际(jì)上它们(men)之间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家(jiā)们通过对前景背(bèi)景分(fēn)离(lí)后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提(tí)取(qǔ)和(hé)标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这(zhè)样的，而(ér)随着暗(àn)物(wù)质的增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景(jǐng)辐(fú)射的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍(bèi)。这个数(shù)字与解释(shì)星系(xì)当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们(men)不参与任何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找(zhǎo)到(dào)了暗(àn)物质存(cún)在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已(yǐ)经提(tí)出了(le)数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验(yàn)方式也不相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十(shí)年当中，人(rén)类为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不(bù)会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学家们已经进行了超过(guò)50次(cì)的(de)实(shí)验，却(què)没(méi)有任何实(shí)质性的发现(xiàn)，除了一个(gè)地(dì)方，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的(de)数据(jù)收(shōu)集，人(rén)们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能是人类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围绕着银河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速度围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的(de)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，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影(yǐng)响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成(chéng)这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异(yì)也(yě)可能是(shì)温度、湿(shī)度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律(lǜ)。

所以，科学家们又在(zài)南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和(hé)第一(yī)个实(shí)验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得(dé)到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的(de)非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的(de)视野是哈勃红(hóng)外(wài)仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关键的用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米实验室(shì)粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它(tā)们极(jí)有可能拥有另一(yī)种神(shén)秘的效应，这(zhè)种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生(shēng)，或者说(shuō)是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步的证(zhèng)实(shí)，那(nà)么遍(biàn)布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或许(xǔ)在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质正在通(tōng)过(guò)这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些(xiē)推(tuī)论的大前提是要先找到暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新(xīn)的动力！

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