宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗物质又究(jiū)竟是什么(me)？人(rén)类为(wèi)了寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学家们(men)在过去的几十(shí)年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据。除了一个(gè)地方，在1687年出版的(de)自然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了(le)万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发现某些天体运行(xíng)轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的(de)时候，他们就(jiù)会(huì)知道，周围一定有未知(zhī)的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了海王星的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由(yóu)数千个星系所组(zǔ)成的巨大(dà)星系(xì)团，这(zhè)些星系(xì)被引力束缚在(zài)一(yī)起。测量星系团(tuán)的(de)质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确(què)定其质量的范围。

第一种是获得其"光(guāng)度学(xué)的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个(gè)星系的(de)光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用光谱红(hóng)移测量星系团中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的运(yùn)动速度。当测(cè)量结果出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的(de)400倍。这意味(wèi)着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消(xiāo)失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的形式所(suǒ)存(cún)在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星(xīng)系团中很多(duō)星系的速(sù)度(dù)比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它(tā)们束缚在星系(xì)团内(nèi)的，它们早就应(yīng)该(gāi)被抛出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非(fēi)有一种神秘的力量(liàng)在起作用(yòng)，这种力量(liàng)来(lái)源于某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇(yǔ)宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当(dāng)时的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速(sù)度就会(huì)越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的(de)万有引力定律，在(zài)星系当中(zhōng)如果没有足够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外(wài)围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相(xiāng)对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测(cè)量星(xīng)系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质(zhì)的(de)力量进入其中。

于是科学家(jiā)们通过(guò)射电望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的(de)氢(qīng)元素(sù)，发(fā)现它们的(de)旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不(bù)例外(wài)，太阳系位于银(yín)河系(xì)的(de)第(dì)三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万(wàn)光年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实(shí)际速度远远大于理论(lùn)速(sù)度(dù)，那么(me)产生以上这种向(xiàng)心加(jiā)速(sù)度的(de)原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的(de)物质(zhì)，是这些暗物(wù)质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越(yuè)来(lái)越(yuè)多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的(de)存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当(dāng)中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星系质量的(de)85%。但(dàn)是，暗(àn)物(wù)质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河(hé)系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银(yín)河系(xì)的千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系(xì)必须存(cún)在暗物质，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但是科学家们(men)使用最(zuì)先(xiān)进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对(duì)其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的(de)物质(zhì)和力学(xué)定(dìng)律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被附近的(de)另一(yī)个(gè)大星系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在(zài)。造成这些现(xiàn)象的除了暗(àn)物质的假说之外，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的，这(zhè)意味(wèi)着在(zài)行星(xīng)系尺度中(zhōng)的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理解的方(fāng)式运动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星团的尺度，引(yǐn)力之(zhī)间的相互(hù)作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的概念(niàn)，指的(de)是在数百万光年的规(guī)模上，巨(jù)大的(de)质(zhì)量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这(zhè)意味着我(wǒ)们(men)需要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些(xiē)发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系(xì)团所组成(chéng)，类似(shì)这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星(xīng)系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量(liàng)将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者(zhě)之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都(dōu)发(fā)生了扭曲。这个现象就是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个(gè)巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人(rén)们对子弹(dàn)星系团观测的时候，发现它(tā)的(de)大质量区域并不是在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的解释(shì)方法就是当星团(tuán)发生全部的碰撞时，可(kě)被观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了中间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的迄今为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆(bào)炸开始(shǐ)，38万年之(zhī)后，可(kě)见(jiàn)光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留下了(le)各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学家们(men)通过(guò)对前景背景分离(lí)后的二值图像(xiàng)进行连通(tōng)域提取和标记之后发现(xiàn)，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应(yīng)该(gāi)是这样的，而随着暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景辐射的测量值，我们需(xū)要的暗物(wù)质大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这(zhè)个(gè)数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是(shì)一致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质的本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相(xiāng)互作用(yòng)。所以如果能够找到这种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当(dāng)于找到了暗物质存在(zài)的实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要(yào)寻找这(zhè)些(xiē)不同的目标粒(lì)子(zi)所需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现(xiàn)，除了一(yī)个地方，意(yì)大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上最大的地学实验(yàn)室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的(de)事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直(zhí)接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年度信号(hào)呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银河系进行移(yí)动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们也(yě)在(zài)以这(zhè)样的速度在穿越着暗(àn)物(wù)质流，这(zhè)个过程中会(huì)产(chǎn)生相应(yīng)的振荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有元的结构和部首是什么意思，元的结构和部首是什么字半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕(rào)银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半年则(zé)与之相(xiāng)反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一(yī)致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在(zài)11月份(fèn)，又(yòu)恰好达(dá)到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈(chéng)现了60度(dù)的倾斜，但是这并不(bù)影响这个理论的有效(xiào)性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究(jiū)人(rén)员们所观测(cè)到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客(kè)的数量也(yě)符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗(à元的结构和部首是什么意思，元的结构和部首是什么字n)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的(de)视(shì)野(yě)是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发现，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神(shén)秘的(de)效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生命(mìng)进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这(zhè)一理论(lùn)得到进(jìn)一步的(de)证实(shí)，那么遍布宇宙(zhòu)当中(zhōng)的暗物质会不(bù)会(huì)意味着(zhe)人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当(dāng)中某(mǒu)个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到(dào)暗(àn)物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不(bù)存在呢(ne)？喜欢请点赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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