宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会存在(zài)科学无法解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任(rèn)何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学(xué)数(shù)学原(yuán)理(lǐ)一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有引力(lì)定律，它(tā)揭示了宇(yǔ)宙中(zhōng)天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学(xué)家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本勒维耶(yé)就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算(suàn)并且发(fā)现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或(huò)者(zhě)是(shì)星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由(yóu)数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被(bèi)引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的(de)质量一般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质(zhì)量的范围。

第一种(zhǒng)是获(huò)得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据是测(cè)量各个星系的光(guāng)度(dù)。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系团中的各个星系(xì)相对(duì)于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威(wēi)基彻底懵(měng)了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量消失了，或者说这(zhè)99%的质量并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形(xíng)式所(suǒ)存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系的(de)质量所(suǒ)产(chǎn)生的(de)引力是(shì)无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星(xīng)系团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不(bù)可见的暗质(zhì)，它(tā)不发散(sàn)光(guāng)、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质(zhì)量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒星在其轨道上的(de)运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。水浒传鲁智深倒拔垂杨柳概括20字，水浒传鲁智深倒拔垂杨柳概括100字p>

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的增加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎(hū)保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的(de)质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对标(biāo)准的方法来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星系当中气体(tǐ)在X轴上距(jù)离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异(yì)常(cháng)的(de)结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定律。我们的(de)太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系(xì)位(wèi)于银河系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上，距离银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律进行计算，太阳系(xì)的运行(xíng)速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太(tài)阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银河系旋转，这个实际速(sù)度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加(jiā)速(sù)度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引(yǐn)力(lì)效(xiào)应将星系聚集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越(yuè)来越多的研究人员开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨(guǐ)道的速度，估算在星系当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯(wéi)一可以(yǐ)解释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引力(lì)效应的遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文(wén)学家还(hái)发现(xiàn)了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星(xīng)系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必(bì)须(xū)存在暗物(wù)质，否则就会分崩(bēng)离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用(yòng)最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其进(jìn)行了40个小时的详细测(cè)量之后，发(fā)现星系中(zhōng)的恒星(xīng)运(yùn)动是(shì)可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定(dìng)律来解释的(de)。那么又有(yǒu)人提(tí)出(chū)，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一(yī)个大(dà)星系剥离了。奇(qí)怪的是，它的(de)附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这(zhè)些现象的除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空间中的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星系尺度(dù)中的天体会沿(yán)着它们的(de)轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式。对于在(zài)星系团之间的相互作用，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百(bǎi)万光年(nián)的(de)规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要(yào)对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子弹星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的(de)星团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间区域。那么我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的质量(liàng)区域到(dào)底是不是集中在中(zhōng)间呢？前(qián)不(bù)久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在(zài)照片中我们(men)可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的(de)被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了(le)什么(me)问题(tí)，而是这样极遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者(zhě)之(zhī)间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的(de)黑洞或者是暗(àn)物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过(guò)了(le)这(zhè)个区(qū)域(yù)，并在(zài)两(liǎng)边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系(xì)团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经(jīng)过了130多亿(yì)年之后，这些(xiē)光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同(tóng)性的微波辐(fú)射。其中红色的部(bù)分表示温度较高的区域，蓝色则(zé)表示相对较冷的(de)区(qū)域，但实际上(shàng)它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通(tōng)过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当(dāng)中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质(zhì)大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这就(jiù)意味(wèi)着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同(tóng)的观(guān)测结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在(zài)着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以(yǐ)如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就(jiù)相当(dāng)于找到了(le)暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经提(tí)出(chū)了数十种的假想目标，而要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要(yào)的实验方(fāng)式(shì)也不相同。在(zài)过去的几十(shí)年当中，人类为了(le)寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经(jīng)进行了超过(guò)50次(cì)的实验，却没有任何实(shí)质性的(de)发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)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(gāo)的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质(zhì)粒子(zi)的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达(dá)到峰(fēng)值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且(qiě)在(zài)20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗(àn)物质会产生周(zhōu)期(qī)性(xìng)的年度(dù)信号呢(ne)？刚才(cái)我们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围绕着银(yín)河系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应的振(zhèn)荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间(jiān)，地球围绕太阳的方向与太阳环(huán)绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之(zhī)相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成(chéng)这(zhè)种年度周期信(xìn)号的差(chà)异也可(kě)能是温度、湿(shī)度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上(shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规律(lǜ)。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力(lì)的证据了。但是由于(yú)这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目前还无法(fǎ)提(tí)供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜，这台(tái)太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就是探索暗物(wù)质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘(mì)的(de)效应，这种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得(dé)到(dào)进一步(bù)的(de)证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并(bìng)不(bù)孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论(lùn)的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙(huǒ)伴们(men)，你(nǐ)们(men)觉(jué)得暗(àn)物(wù)质到底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我(wǒ)更新的动(dòng)力！

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