宇宙(zhòu)是(shì)“人为制造”的？为何会存在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过50次的(de)长期实验，但是却没有发现任何的有效证据(jù)。除了一个地(dì)方，在(zài)1687年出(chū)版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书中，埃萨(sà)克牛顿发表了万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规(guī)律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们(men)发现某些天体(tǐ)运行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引(yǐn)力定律的时(shí)候(hòu)，他们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引力在摄(shè)动它的(de)轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的(de)存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星(xīng)的发现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨(jù)大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结(jié)果一致，就(jiù)可以确(què)定(dìng)其(qí)质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测(cè)量各个星系的光度。

第二(èr)种是(shì)动力(lì)学质量的计算，是利用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系的速度比理论(lùn)上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚在星系团内的(de)，它们(men)早就应该被抛出(chū)星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力(lì)量在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射(shè)光(guāng)，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们(men)对这样(yàng)的一(yī)种说(shuō)法不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会(huì)越(yuè)慢。但是(shì)他们观测的结果却(què)让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎(hū)保持不变。可(kě)是根据牛顿的(de)万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这(zhè)些外(wài)围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用(yòng)一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量(liàng)星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气(qì)体的旋转速度(dù)。如(rú)果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的力(lì)量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通(tōng)过(guò)射电望远镜测(cè)量了距离星系中心(xīn)更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋转速度并不符(fú)合牛顿的力(lì)学定(dìng)律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂(bì)之上(shàng)，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万有引力定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么(me)产生(shēng)以上这(zhè)种向心加(jiā)速度的原因(yīn)很可能就是存在着一(yī)种我(wǒ)们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效应将星系聚(jù)集在了一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质(zhì)的(de)存(cún)在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算(suàn)在星系(xì)当中(zhōng)暗物(wù)质(zhì)的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象的原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研究当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有(yǒu)引(yǐn)力效应(yīng)的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外(wài)，天(tiān)文学家还发现了一个反(fǎn)常的星(xīng)系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系(xì)当中存(cún)在(zài)的(de)恒(héng)星数量却只有银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会(huì)分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和力学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有人(rén)提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经(jīng)被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的(de)是(shì)，它的附近没有(yǒu)任何星系(xì)存(cún)在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一(yī)种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方(fāng)式是(shì)不(bù)同的，这意味(wèi)着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力之间的相互作用则(zé)是不同(tóng)的(de)方(fāng)式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概念，指的(de)是(shì)在数百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现(xiàn)在的物理定律进行修正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量(liàng)将(jiāng)位(wèi)于所有这些气(qì)体所在(zài)的(de)中间区域。那么我们(men)通过什么来验(yàn)证(zhèng)它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回了宇宙当中第一张全彩的(de)高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系似(shì)乎(hū)被拉伸产(chǎn)生了秋处露秋寒霜降是指哪六个节气？ 秋处露秋寒霜降是哪首诗巨大的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本身(shēn)并不(bù)是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体(tǐ)和我们地(dì)球(qiú)上的(de)观测者之间(jiān)。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大(dà)质(zhì)量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系的(de)光都发生了扭(niǔ)曲(qū)。这个现象(xiàng)就是引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们(men)对子弹星系(xì)团观测(cè)的时候，发现它的大质量(liàng)区(qū)域并不是(shì)在(zài)中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的(de)解(jiě)释方(fāng)法就是当(dāng)星(xīng)团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡(kǎ)在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边(biān)形(xíng)成(chéng)了(le)引力透(tòu)镜(jìng)。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最(zuì)古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙(zhòu)当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留(liú)下了各相(xiāng)同(tóng)性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的(de)二值图(tú)像进行连通域(yù)提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的(de)增(zēng)加，一些峰(fēng)值的幅度会(huì)减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背(bèi)景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约(yuē)是(shì)普通物质的(de)5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物质(zhì)比例是(shì)一致的。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观测(cè)结果。而暗(àn)物(wù)质的(de)本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与(yǔ)任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物(wù)质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻(xún)找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的几十年当(dāng)中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会与常规物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已(yǐ)经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大(dà)利的格兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地(dì)球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的周期性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来(lái)，这(zhè)里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的(de)6月(yuè)份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当(dāng)中每(m秋处露秋寒霜降是指哪六个节气？ 秋处露秋寒霜降是哪首诗ěi)年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类发现暗物质的(de)第一(yī)个(gè)直接证据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质会产生(shēng)周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系(xì)正在以220公(gōng)里/秒的(de)速(sù)度围绕着银河系进行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的(de)速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的(de)振荡，同时(shí)地球(qiú)又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地(dì)球围(wéi)绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方(fāng)向正好达到完全一致(zhì)，这(zhè)是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对(duì)银河系的(de)平面呈现了(le)60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有其他的(de)情况，造(zào)成这种年度周期信号(hào)的差(chà)异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤中的水分(fēn)、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客(kè)的数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的(de)实(shí)验室正好相(xiāng)反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运(yùn)动(dòng)特征和第一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此(cǐ)，如(rú)果在这里可以得到相同(tóng)的信号(hào)，就可以成为暗物(wù)质(zhì)所存(cún)在的非常有力的证据了。但是由于这个实验(yàn)室(shì)刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器(qì)提(tí)供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望远(yuǎn)镜其中一个(gè)关键(jiàn)的用(yòng)途就是(shì)探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果(guǒ)，我(wǒ)们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另(lìng)一(yī)种神秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的暗(àn)物质会不会(huì)意味(wèi)着人类(lèi)并不(bù)孤单呢？或许在宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实际证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更新的动力！

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