宇宙(zhòu)是“人(rén)为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存(cún)在科学无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质(zhì)存(cún)在(zài)的证据，科学家们在过(guò)去的几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)进行(xíng)了超过50次的(de)长期实(shí)验，但是却(què)没(méi)有发现任(rèn)何的(de)有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年(nián)出版的自(zì)然哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发(fā)表(biǎo)了万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就通过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了(le)海(hǎi)王星(xīng)的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都(dōu)是应(yīng)用(yòng)万有引(yǐn)力定律所取得(dé)重大天文(wén)成就的(de)例子。但是这些发现都(dōu)是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们(men)上升(shēng)到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和测量后发星(xīng)系团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星系被(bèi)引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两种方(fāng)法(fǎ)结果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系(xì)的光度。

第(dì)二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计(jì)算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测(cè)量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意味着，后(hòu)发座星系(xì)团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不(bù)以可见光的形式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的(de)是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现(xiàn)星系(xì)团中很多星(xīng)系的速度比(bǐ)理论上要快得多，按照牛顿的运(yùn)动学(xué)定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生的引力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非(fēi)有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某(mǒu)种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样(yàng)部分不可见的暗质，它不(bù)发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时(shí)的人们对(duì)这样的(de)一(yī)种说法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出(chū)现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速(sù)度就会越慢(màn)。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与(yǔ)中心(xīn)距离(lí)的(de)增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿(dùn)的万有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大(dà)的质量来吸引它们(men)，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇(yǔ)宙当中了(le)。基于(yú)这种现(xiàn)象，科学(xué)家(jiā)们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准(zhǔn)的方法来解释(shì)暗(àn)物质的存在，这种方法(fǎ)就(jiù)是测量星(xīng)系当中(zhōng)气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的(de)旋转速度。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就认为是(shì)由暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离(lí)的氢元素，发现它(tā)们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我(wǒ)们的太(tài)阳系也不例外，太阳(yáng)系位于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中心2.6万(wàn)光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速度(dù)应(yīng)该是160千米/秒，但(dàn)实际上(shàng)，太阳系正在以220千米(mǐ)/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)银河系旋转，这(zhè)个实(shí)际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能就是(shì)存在(zài)着一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些(xiē)暗(àn)物质的引(yǐn)力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这(zhè)时(shí)开始，越来(lái)越多的(de)研究人员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外恒星(xīng)轨道的速度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可(kě)以(yǐ)解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力效应(yīng)的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了(le)一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物(wù)质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其(qí)进行了(le)40个(gè)小时的(de)详细测量之后(hòu)，发(fā)现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和(hé)力学(xué)定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没(méi)有(yǒu)任何星系存在。造成这些(xiē)现象的(de)除了(le)暗物质的(de)假(jiǎ)说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是(shì)人类对(duì)引力的理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可(kě)能在不同(tóng)尺度空间中的工作(zuò)方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会(huì)沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相(xiāng)互作用则是(shì)不同的方式。对于在星(xīng)系团之(zhī)间的相互作用(yòng)，科学家(jiā)还引入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年的规(guī)模(mó)上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成(chéng)立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)需要(yào)对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修(xiū)正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假(jiǎ)说(shuō)理论就此终(zhōng)结(jié)。但是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关于暗物(wù)质存(cún)在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙德(dé)理论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞的星系团所组成，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星(xīng)团以1000万公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的(de)质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气(qì)体(tǐ)所在的中间区域。那么(me)我们(men)通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到(dào)底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地(dì)看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星(xīng)系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的(de)东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应。这个巨大的天体(tǐ)可能(néng)是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它的大质量(liàng)区域并不是(shì)在中(zhōng)间，而(ér)是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就(jiù)是当星(xīng)团发(fā)生全(quán)部的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中间(jiān)，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了(le)这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力(lì)透(tòu)镜。对(duì)子(zi)弹星系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是暗(àn)物质(zhì)存在的迄今为止最(zuì)好的理(lǐ)论证据。

除此(cǐ)之外，还有来自宇宙当(dāng)中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿(chuān)越(yuè)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中了。经(jīng)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的(de)微波辐射。其中红色的部(bù)分表示温度(dù)较高的区域，蓝(lán)色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对(duì)前景背景分离后(hòu)的二值图像进行(xíng)连通域提取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形看起(qǐ)来不应该是这(zhè)样(yàng)的，而随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变得(dé)看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为了(le)匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是(shì)普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解(jiě)释星系当(dāng)中(zhōng)恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用(yòng)了(le)一个简单(dān)的理(lǐ)论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质(zhì)就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的(de)粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来(lái)相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找到这种粒子的存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家(jiā)们(men)已经提出(chū)了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻(xún)找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的(de)目标(biāo)粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常(cháng)规(guī)物质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们(men)已经(jīng)进行了超过50次(cì)的实验(yàn)，却没(méi)有任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力(lì)于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的(de)科学家声(shēng)称观测到了(le)某种信号。经(jīng)过了20多年的(de)数据收集，人(rén)们(men)发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当中每年都是一(yī)样(yà安徒生童话的作者叫什么名字，安徒生童话的作者简介ng)。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在以这样的速(sù)度在穿越着暗(àn)物质流(liú)，这(zhè)个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公(gōng)里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与之相安徒生童话的作者叫什么名字，安徒生童话的作者简介反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的(de)方(fāng)向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越(yuè)暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影响(xiǎng)这个(gè)理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用来解(jiě)释，研(yán)究(jiū)人员们所(suǒ)观测到的周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号(hào)的差异也可能是温(wēn)度(dù)、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也(yě)符合这个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家(jiā)们又(yòu)在南(nán)半(bàn)球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的(de)季节与(yǔ)之(zhī)前(qián)的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特(tè)征和第一个实(shí)验(yàn)室是一样的(de)。

因此，如(rú)果(guǒ)在这(zhè)里可以(yǐ)得到相同的信号，就(jiù)可以成为(wèi)暗物质所存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还(hái)无法提供相应的数据(jù)支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相同，但它的宽视场仪器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼(màn)太空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键(jiàn)的(de)用途(tú)就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对(duì)于探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研(yán)究发现，如果暗(àn)物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物(wù)质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢？或许在宇宙(zhòu)当中某个(gè)角落的行(xíng)星上，暗(àn)物(wù)质正在通过这样(yàng)的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞，你的支持(chí)是我更新的动力！

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