宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为了(le)寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在的(de)证(zhèng)据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几十年当(dāng)中进行了超过50次的长期(qī)实验，但是(shì)却没有发现任何(hé)的有效证(zhèng)据。除了(le)一(yī)个地方，在1687年(nián)出版的自然(rán)哲学(xué)数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们(men)发现某些天体运行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时(shí)候，他(tā)们就会(huì)知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引(yǐn)力在摄(shè)动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力定律所取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升到(dào)星系或者(zhě)是(shì)星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测(cè)量(liàng)后发星系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起。测(cè)量星(xīng)系团(tuán)的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度(dù)学(xué)的质量"，需要的数据是(shì)测量各个星(xīng)系的(de)光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星(xīng)系相对于星(xīng)系(xì)团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们无法看到。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程中，兹(zī)威基发(fā)现星系团中很多星系的速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可(kě)见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产(chǎn)生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它们束缚在星系(xì)团(tuán)内的，它(tā)们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某(mǒu)种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部(bù)分不可(kě)见(jiàn)的(de)暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射光，但是(shì)它们(men)却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对这样的一(yī)种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来(lái)说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星(xīng)的旋转速度几乎保持不变。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被(bèi)甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中(zhōng)了。基于这(zhè)种现象，科(kē)学(xué)家们会使(shǐ)用一(yī)种相(xiāng)对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现异常的结果，就认为(wèi)是由暗物质的(de)力量进入其(qí)中。

于是(shì)科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系(xì)中(zhōng)心2.6万(wàn)光年，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进(jìn)行(xíng)计算，太(tài)阳系(xì)的运(yùn)行(xíng)速度(dù)应该是(shì)160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根(gēn)据(jù)星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道(dào)的速(sù)度，估(gū)算在(zài)星系当中暗(àn)物质(zhì)的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量(liàng)的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯(wéi)一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一项新的(de)研究当(dāng)中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是星系(xì)当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进行了(le)40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量(liàng)之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力学定律来解释的。那么又有人(rén)提出，也许(xǔ)该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另(lìng)一个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作(zuò)方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星系和星团的(de)尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对(duì)于(yú)在(zài)星系(xì)团之间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入了(le)外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数(shù)百万光年的(de)规模(mó)上，巨大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意(yì)味(wèi)着我们(men)需(xū)要对现在的物理定律进行(xíng)修正，这些发现也(yě)让(ràng)很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终结。但是在宇(yǔ)宙当中还有关(guān)于(yú)暗(àn)物(wù)质存在的其他的理论(lùn)证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团(tuán)所组成(chéng)，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候，星(xīng)际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之(zhī)后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么(me)来验证(zhèng)它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生(shēng)了(le)巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可能是超大质量的黑洞或者(zhě)是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不是在中(zhōng)间，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团发生全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可(kě)被观(guān)测(cè)到(dào)的质量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质则(zé)直接通过了这个区(qū)域，并在(zài)两边形(xíng)成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论证据。

除(chú)此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古(gǔ)老的(de)光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中红色的(de)部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则(zé)表示(shì)相对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的(de)温差只有万(wàn)分之一(yī)。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离后的(de)二(èr)值图像进行连通域(yù)提(tí)取和标记之(zhī)后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒(héng)星运动所需要的(de)暗物质比例是一致的。这就意味着。

用(yòng)了(le)一个简(jiǎn)单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很(hěn)多(duō)不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以如果(guǒ)能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际证据。这种粒子到底(dǐ)是什么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在过去的(de)几(jǐ)十年当中，人类为了寻找这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下(xià)1400米处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一(yī)个(gè)三(sān)层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现了一个有趣(qù)的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份(fèn)达(dá)到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每(měi)年都是一样(yàng)。一些科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现暗物质的第一个直接证据(jù)。

但是(shì)为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙当中，这(zhè)意味着我们(men)也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过(guò)程中会产生相应的(de)振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年(nián)的时(shí)间(jiān)，地球(qiú)围绕太阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向正好达(dá)到完全一致(zhì)，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗(àn)物(wù)质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在(zài)实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科(kē)学(xué)家认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研(yán)究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的(de)情况，造(zào)成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意(yì)大利游(yóu)客的数量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又在南半球建立了(le)一个(gè)几乎相同的实验室(shì)，这(zhè)里的(de)季节与之前的实验室(shì)正好(hǎo)相反，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过暗物质流(liú)的(de)运动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这(zhè)里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个(gè)关(guān)键的用途就是探索(suǒ)暗(àn)物质背后的奥秘(mì)，对于探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神(shén)秘(mì)的(de)效(xiào)应，这种暗物质(zhì)效应，会(huì)支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙当中某个角落的行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推论(lùn)的大前提是要先苏州是几线城市呢找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢(huān)请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力(lì)！

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