宇宙是“人(rén)为(wèi)制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的(de)有效证据。除(chú)了一个地(dì)方，在1687年出版的自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就(jiù)的例子(zi)。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星(xīng)系(xì)统(tǒng)的尺度当(dāng)中，可当我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数(shù)千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一(yī)般会(huì)使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可以确(què)定其质量的范围。

第一(yī)种是获得其(qí)"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第(dì)二种是(shì)动力学质量的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测量星系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于(yú)星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见(jiàn)光的(de)形式所存在，我们无法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最(zuì)诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按(àn)照(zhào)牛(niú)顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是无法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它(tā)们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一(yī)种神秘的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不(bù)发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是当时(shí)的人们(men)对这(zhè)样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中心越远的恒星在其轨道上的(de)运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎保持不变。可是根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中孕妇咳黄痰几天能自愈，白痰和黄痰哪个严重如(rú)果(guǒ)没有足(zú)够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在(zài)Y轴(zhóu)上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的(de)结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通(tōng)过射电望远镜(jìng)测(cè)量了距离星系中心(xīn)更(gèng)远距离(lí)的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系(xì)位(wèi)于银(yín)河系的第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定律进行(xíng)计算，太阳(yáng)系的(de)运行速度(dù)应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这(zhè)个实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研(yán)究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系(xì)外恒(héng)星轨(guǐ)道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占整(zhěng)个星系(xì)质量(liàng)的85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一(yī)项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之间，也(yě)会(huì)出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天文学家还(hái)发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不(bù)多，但(dàn)是(shì)星系当(dāng)中存在的恒星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须(xū)存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分崩离(lí)析。但(dàn)是科学(xué)家(jiā)们使(shǐ)用最先(xiān)进的望远(yuǎn)镜对其进行了40个小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质(zhì)和(hé)力(lì)学(xué)定律来(lái)解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大星(xīng)系剥离(lí)了。奇怪的是，它的附(fù)近(jìn)没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的(de)除了暗物质的(de)假说(shuō)之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引力(lì)的理解(jiě)还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在(zài)不同尺度(dù)空间中(zhōng)的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之间的(de)相互作(zuò)用则是不(bù)同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年的规模上，巨(jù)大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很(hěn)多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关于暗(àn)物质存(cún)在的(de)其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证据(jù)是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法(fǎ)解释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体当中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞(zhuàng)的(de)时候(hòu)，星际气体的(de)相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)就(jiù)会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的(de)中间区域。那么(me)我(wǒ)们通过什么(me)来验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传(chuán)回(huí)了宇宙当中第(dì)一张全彩的高清照(zhào)片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以(yǐ)明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了(le)巨(jù)大(dà)的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不(bù)是真(zhēn)的被扭曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们(men)地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个(gè)超大质(zhì)量的(de)东(dōng)西的引力，会(huì)使身后更遥远星系的光都发(fā)生了扭曲(qū)。这个现象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是(shì)暗物质。

所(suǒ)以当(dāng)人们(men)对子弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(孕妇咳黄痰几天能自愈，白痰和黄痰哪个严重cè)。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释方法就是当(dāng)星团(tuán)发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的(de)质量气体被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则直接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两(liǎng)边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也(yě)被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论(lùn)证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对(duì)前(qián)景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅(fú)度会(huì)减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约是普通物(wù)质的(de)5倍。这个数(shù)字与(yǔ)解(jiě)释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所需要的(de)暗(àn)物质(zhì)比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质(zhì)就是(shì)宇宙当中(zhōng)存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的(de)电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互(hù)作用。所以如(rú)果能够(gòu)找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据(jù)。这种粒(lì)子到底(dǐ)是什么？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了数十种(zhǒng)的(de)假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些不同的目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要的(de)实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年(nián)当中，人类为了(le)寻找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超(chāo)过(guò)50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实质性的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着(zhe)地(dì)球上最(zuì)大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了(le)20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最(zuì)低，而(ér)且(qiě)在20年当(dāng)中每年都是一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发(fā)现(xiàn)暗物(wù)质的第一(yī)个直接证据(jù)。

但(dàn)是为什么暗物质会(huì)产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存(cún)在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这(zhè)样(yàng)的(de)速(sù)度在穿(chuān)越(yuè)着(zhe)暗(àn)物(wù)质流，这个过程中(zhōng)会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕银河系(xì)的方向是一致的，而另外半(bàn)年则(zé)与(yǔ)之相反。

而(ér)在(zài)6月份(fèn)的时候，地球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正(zhèng)好达到完全一致，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越(yuè)暗物(wù)质(zhì)流(liú)最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银(yín)河(hé)系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是(shì)这并(bìng)不(bù)影响(xiǎng)这个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号(hào)。当然也可能(néng)有其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期(qī)信号的差异也(yě)可(kě)能(néng)是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的(de)数(shù)量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们又在(zài)南半球建立了一个几乎(hū)相同的实验(yàn)室，这里的(de)季节与之前的(de)实验室正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流(liú)的运动特征(zhēng)和第一(yī)个实验室是一(yī)样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可(kě)以得到(dào)相同的(de)信(xìn)号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应(yīng)的数据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这(zhè)台(tái)太空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视(shì)野(yě)是哈勃红外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是(shì)探索暗(àn)物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如(rú)果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当(dāng)中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命(mìng)进化的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论(lùn)得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会意味着(zhe)人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的(de)效应创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是要(yào)先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴(bàn)们(men)，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力(lì)！

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