宇宙是(shì)“人为制造(zào)”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟(jìng)是什么(me)？人(rén)类为了寻找暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后(hòu)的(de)几百年(nián)来，当天文学家们发现某(mǒu)些(xiē)天体运行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天体通过引力在(zài)摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但(dàn)是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都(dōu)是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当(dāng)我们上(shàng)升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一(yī)起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致，就可以(yǐ)确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测(cè)量(liàng)各个星系(xì)的(de)光(guāng)度。

第二种是动力学(xué)质量的计(jì)算，是(shì)利用光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以可见光的形式所存在，我们无法看到。最诡异的是，在(zài)测量速(sù)度的过程中，兹威(wēi)基发现星系(xì)团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系(xì)的质量所产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内(nèi)的(de)，它们(men)早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在起作(zuò)用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐形的物质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光(guāng)、反射光，但(dàn)是它(tā)们(men)却占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时的(de)人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座(zuò)星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来(lái)说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是(shì)他们观(guān)测的结(jié)果却让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎(hū)保(bǎo)持(chí)不(bù)变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们(men)会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通(tōng)过射电望远镜测量了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的(de)太(tài)阳系也不例外(wài)，太阳系位于银(yín)河(hé)系(xì)的第三悬臂(bì)之上，距(jù)离(lí)银河(hé)系中心2.6万光年，根据万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系(xì)的(de)运行速度(dù)应(yīng)该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速(sù)度围绕银(yín)河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这种向心加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可能(néng)就是存在(zài)着一种我们看(kàn)不(bù)到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科(kē)学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速度(dù)，估(gū)算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质量(liàng)占(zhàn)整(zhěng)个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解释这个现(xiàn)象(xiàng)的原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度(dù)上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现(xiàn)了(le)一个反(fǎn)常(cháng)的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个星(xīng)系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河系不多，但是星系(xì)当中存在的恒星数量(liàng)却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须(xū)存(cún)在(zài)暗物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对其进行了(le)40个(gè)小时(shí)的详细测(cè)量之(zhī)后，发现星(xīng)系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正常(cháng)的物质(zhì)和力学定律来(lái)解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥(bō)离了(le)。奇怪的是，它(tā)的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一(yī)种可能就(jiù)是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同(tóng)尺度空间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天体会(huì)沿着它们(men)的(de)轨道，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则是(shì)不同的方式。对于在(zài)星系(xì)团之(zhī)间(jiān)的(de)相互作用，科(kē)学(xué)家还引入(rù)了(le)外(wài)部场(chǎng)效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年的(de)规模(mó)上(shàng)，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间(jiān)会(huì)产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需(xū)要(yào)对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗(àn)物(wù)质(zhì)假(jiǎ)说理(lǐ)论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没法解释的“引力透镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年(nián)的子弹(dàn)星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这样(yàng)的星团，它们(men)大(dà)部分的普通质量都在(zài)星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体(tǐ)的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅(fú)降(jiàng)低(dī)。所以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域(yù)。那么(me)我们通过什(shén)么(me)来验(yàn)证它的(de)质量(liàng)区域到底是不(bù)是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本(běn)身并不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的(de)引(yǐn)力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大质量的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星(xīng)系团观测(cè)的(de)时(shí)候，发现它的大质(zhì)量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引(yǐn)力(lì)透镜研究也(yě)被认为是(shì)暗物(wù)质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老(lǎo)的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留下了各相(xiāng)同性(xìng)的微波辐射。其中红色的(de)部分表示温(wēn)度较高(gāo)的区域，蓝色则表(biǎo)示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之间的温(wēn)差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像进(jìn)行连通域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应(yīng)该是这样(yàng)的(de)，而(ér)随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波(bō)背景辐射(shè)的测量(liàng)值，我们(men)需要的暗物质雨水像从盆里泼出来一样比喻雨大势急的四字词语 形容下暴雨的四字词语大约(yuē)是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物质(zhì)的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着(zhe)某种类型的(de)粒(lì)子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存在，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。这种粒子到底是什么(me)？科学家们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为了寻找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下(xià)1400米(mǐ)处的地(dì)下矿井当中，藏(cáng)着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室，这个实(shí)验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个(gè)三层楼高的(de)探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某(mǒu)种信号。经过了(le)20多年(nián)的数据收集，人们发现了(le)一个有趣的事情。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些(xiē)科(kē)学(xué)家认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会(huì)产生周期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我们讲了(le)太(tài)阳(yáng)系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度(dù)在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河(hé)系的(de)方(fāng)向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的(de)，而(ér)另(lìng)外半(bàn)年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物质(zhì)流最快(kuài)的(de)时段(duàn)。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释雨水像从盆里泼出来一样比喻雨大势急的四字词语 形容下暴雨的四字词语，研究(jiū)人员(yuán)们所(suǒ)观(guān)测到的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家(jiā)们又在南半球(qiú)建立(lì)了(le)一个几乎相同的实验室(shì)，这里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动特征和第一个实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在(zài)这里可以得(dé)到相同的信号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存(cún)在的(de)非常有力的证据(jù)了(le)。但(dàn)是由于这个实(shí)验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探(tàn)测(cè)的结(jié)果，我们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理(lǐ)中心的科学(xué)家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们极有可能拥有(yǒu)另一种神秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质(zhì)效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生(shēng)命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的(de)暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意味(wèi)着人类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创(chuàng)造生命。当然(rán)，这些推论的大前(qián)提(tí)是要先(xiān)找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据(jù)。那么小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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