宇宙是“人(rén)为制造”的(de)？为何(hé)会存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科学(xué)家们在过去(qù)的几十年当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然(rán)哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律(lǜ)。往后的几百年(nián)来(lái)，当(dāng)天文(wén)学(xué)家们发现某些天体运(yùn)行轨(guǐ)道出现异(yì)常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时候，他们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并(bìng)且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得(dé)重大(dà)天(tiān)文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是(shì)星团的(de)尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物理学(xué)家(jiā)弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量后发(fā)星(xīng)系团的质量(liàng)。这是(shì)一(yī)个(gè)由(yóu)数千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力(lì)束缚(fù)在(zài)一起。测(cè)量星系团的(de)质量一(yī)般会(huì)使用到两种方法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方法结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需(xū)要的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学质量的计(jì)算，是(shì)利(lì)用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消(xiāo)失了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速(sù)度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要(yào)快得(dé)多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这些可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无(wú)法将它(tā)们束缚(fù)在(zài)星(xīng)系(xì)团内的，它(tā)们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有一种神秘的(de)力(lì)量在起作用，这种力量来源于(yú)某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是它们(men)却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾(bīn)和肯特福特在观测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离(lí)中心越远的(de)恒(héng)星在其(qí)轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的(de)旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围(wéi)的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基(jī)于这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标(biāo)准的(de)方(fāng)法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心(xīn)的距(jù)离，以及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转速度(dù)并(bìng)不符合牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例(lì)外，太(tài)阳系位(wèi)于(yú)银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心(xīn)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是160千米(mǐ)/秒(miǎo)，但实际上(shàng)，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大(dà)于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速(sù)度的原因很可能就是存在(zài)着一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集在了一(yī)起。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估(gū)算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星(xīng)系(xì)质(zhì)量的85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一项新的研究当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外(wài)，天文学(xué)家还发现(xiàn)了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地(dì)球(qiú)大约2.5亿光(guāng)年，大小和(hé)银河系不多，但是星系(xì)当中存(cún)在的恒星数量却只(zhǐ)有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科(kē)学家们使用最先进的(de)望远(yuǎn)镜对(duì)其进行了(le)40个(gè)小时的详细(xì)测(cè)量之后，发(fā)现星系中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力学定律来解释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造(zào)成这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的(de)工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的(de)方式(shì)运动。但是上(shàng)升到星系和(hé)星(xīng)团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方式(shì)。对(duì)于在星(xīng)系团之间(jiān)的相(xiāng)互(hù)作(zuò)用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的(de)是在数(shù)百万光年的规(guī)模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生(shēng)对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论(lùn)成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对(duì)现(xiàn)在(zài)的物理定律进(jìn)行修(xiū)正，这些发现也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离(lí)为37亿光年的子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(lèi)似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部分(fēn)的(de)普通质(zhì)量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体当中。当(dāng)星团(tuán)以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大(dà)幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星(xīng)系(xì)团大(dà)部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证(zhèng)它的质量区(qū)域(yù)到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远镜传回了宇宙当(dāng)中第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明(míng)显地看到很多星系似(shì)乎被(bèi)拉(lā)伸产生了巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了(le)，也不(bù)是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什(shén)么问(wèn)题，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超级(jí)巨(jù)大的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的(de)东(dōng)西的引力，会使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的(de)大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间，而是(shì)在(zài)两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的解释方法就是当(dāng)星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过(guò)了这(zhè)个区域(yù)，并(bìng)在(zài)两(liǎng)边形成稻草人的作者简介和主要内容，稻草人的作者简介20字(chéng)了(le)引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质存在(zài)的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的(de)部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有万分之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后的二值图像进行连(lián)通域提(tí)取和标记之(zhī)后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的(de)增(zēng)加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单(dān)的理论(lùn)框架，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子，它(tā)们不参与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒(lì)子(zi)的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实际证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒(lì)子所需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻(xún)找这些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质(zhì)相互作用的(de)“暗物质”，科学家们(men)已经进行了超过50次的(de)实验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发(fā)现，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔(ěr)卑(bēi)斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处(chù)的(de)地下矿井(jǐng)当中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这(zhè)里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了(le)20多年的数据收(shōu)集(jí)，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情。探(tàn)测率会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产生周期(qī)性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系(xì)正在(zài)以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系(xì)进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流(liú)，这(zhè)个过(guò)程(chéng)中会产生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的，而另外半(bàn)年则与之(zhī)相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对(duì)银(yín)河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的(de)倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的(de)有效性。

因(yīn)此科(kē)学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测到的(de)周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚(shèn)至连意大利游客(kè)的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的季(jì)节与之前的(de)实验室正(zhèng)好(hǎo)相反，而在这里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的(de)非(fēi)常有力的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还无法提供相应(yīng)的数据支(zhī)持(chí)。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主(zhǔ)镜(jìng)大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器(qì)提供的视(shì)野是(shì)哈勃红(hóng)外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物(wù)质(zhì)背(bèi)后(hòu)的奥秘(mì)，对于探测的结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有可(kě)能拥(yōng)有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物(wù)质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个(gè)角落的(de)行星上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的(de)效应创造生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先(xiān)找到(dào)暗物质存在(zài)的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的支(zhī)持(chí)是(shì)我(wǒ)更新的(de)动力！

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