宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为(wèi)何会存在(zài)科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么(me)？人类为(wèi)了寻找暗物(wù)质存在的证据，科学家们在过去的几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版的自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了(le)万有引(yǐn)力定律，它揭示(shì)了宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们发(fā)现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它的轨(guǐ)道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常(cháng)，推算并且发现了海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发(fā)星(xīng)系(xì)团的质量。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一(yī)致，就可以确定其质量的(de)范围。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需(xū)要的数据是测量各个星系(xì)的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量(liàng)的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移(yí)测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了(le)，“动力学质量”竟(jìng)然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者(zhě)说这(zhè)99%的质(zhì)量并(bìng)不(bù)以可见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最(zuì)诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中(zhōng)很(hěn)多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得(dé)多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘的力量在(zài)起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种隐(yǐn)形(xíng)的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但是它们却(què)占据着宇(yǔ)宙中(zhōng)绝(jué)大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时(shí)的人们(men)对这样的一(yī)种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一(yī)次出现。天文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距离中心越远的恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运(yùn)行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让(ràng)人(rén)感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质(zhì)量来吸(xī)引它们，这些外围(wéi)的恒(héng)星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们会使用一种相对标(biāo)准的方(fāng)法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质(zhì)的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转(zhuǎn)速度(dù)。如(rú)果出现异常的(de)结果，就(jiù)认为是由(yóu)暗物(wù)质的力量进入(rù)其中(zhōng)。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度并不符合牛(niú)顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银河系的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银(yín)河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实际上(shàng)，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因很可能就是存在着一种我们看不(bù)到(dào)的物(wù)质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星(xīng)系聚集在了一起(qǐ)。

也是从(cóng)这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开(kāi)始相信暗物(wù)质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的质量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文(wén)学(xué)家还(hái)发现了一个(gè)反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量(liàng)却只有银河系的千分之一。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对其进行了40个(gè)小时的详(xiáng)细测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物(wù)质(zhì)和力学定律(lǜ)来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也许该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个大星系(xì)剥(bō)离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附(fù)近没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还(hái)不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空(kōng)间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运(yùn)动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科学(xué)家(jiā)还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的是在(zài)数百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

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径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它们大(dà)部分的普(pǔ)通质量都在星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的(de)相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温度的急剧(jù)升高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后(hòu)，子弹星系(xì)团大部分的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的中间区域(yù)。那(nà)么我们通过什么来验证它的质量(liàng)区域(yù)到底(dǐ)是不(bù)是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩的高清照(zhào)片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形变。其实这(zhè)些星(xīng)系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望远镜出了(le纤纤玉手什么意思打一生肖，纤纤玉手什么意思解一生肖)什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天体和我(wǒ)们地球上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这(zhè)个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效(xiào)应。这个巨大的(de)天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在(zài)两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越(yuè)在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射。其(qí)中红(hóng)色的部分表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差(chà)只有万分之一。

科学家们通(tōng)过对(duì)前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普通物(wù)质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着。

用了一(yī)个简单的(de)理论框架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子(zi)，它们(men)不(bù)参与任何(hé)其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来相互作用。所以如(rú)果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了(le)暗物质(zhì)存在(zài)的实际证据。这种粒(lì)子到底是什么(me)？科学家们已(yǐ)经提出(chū)了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类(lèi)为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实质性的发现，除了一(yī)个(gè)地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着(zhe)地(dì)球上最大的地学(xué)实验室(shì)，这个(gè)实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年(nián)的数据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事情(qíng)。探(tàn)测(cè)率会在每年的6月(yuè)份达到峰(fēng)值，然(rán)后在(zài)11月降到最低，而且在20年当中每年(nián)都是(shì)一样。一些(xiē)科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是(shì)人(rén)类(lèi)发现(xiàn)暗物质(zhì)的(de)第一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太(tài)阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流，这个过(guò)程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而(ér)另(lìng)外(wài)半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理论上地球穿越暗物质流(liú)最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又恰好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响这(zhè)个理论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的(de)周(zhōu)期性信号。当(dāng)然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿(shī)度、土壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上的积(jī)雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的(de)规律。

所(suǒ)以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几(jǐ)乎相同(tóng)的实验室(shì)，这里的季节与之前的实(shí)验室正好相(xiāng)反，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在(zài)这里(lǐ)可以得到相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物(wù)质所存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证(zhèng)据了(le)。但是由于这个(gè)实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无法提供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜，这(zhè)台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的100倍(bèi)。南希格(gé)雷(léi)斯罗曼(màn)太空望远镜其(qí)中一个关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究(jiū)发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得(dé)到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人(rén)类并不孤单呢？或(huò)许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的(de)行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命(mìng)。当然，这些推论的大(dà)前(qián)提是要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的支(zhī)持是(shì)我更新的动力(lì)！

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