宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在(zài)科(kē)学无法解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的(de)证据，科(kē)学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进行(xíng)了超(chāo)过(guò)50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效(xiào)证据。除了一(yī)个地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的(de)自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中(zhōng)，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现(xiàn)异(yì)常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现了海王星的存(cún)在。另外(wài)，哈雷彗星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的(de)尺度当中，可当(dāng)我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研究和测量后发星系团的质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系(xì)被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质量的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是(shì)测量各个(gè)星系的光度。

第二种是(shì)动力学(xué)质(zhì)量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动(dòng)力学质量”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量消(xiāo)失(shī)了，或者说这(zhè)99%的(de)质(zhì)量并(bìng)不以可(kě)见光(guāng)的形式所存在(zài)，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异的是(shì)，在测(cè)量速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运(yùn)动(dòng)学定律，仅靠这些可(kě)见星系的质量所产生(shēng)的引力是无法(fǎ)将它(tā)们束(shù)缚在星系(xì)团内(nèi)的(de)，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的(de)暗(àn)质，它不发散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中(zhōng)绝大部(bù)分的质量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没(méi)有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这(zhè)种现(xiàn)象，科(kē)学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系(xì)当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质(zhì)的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家们通过射电(diàn)望远镜测量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我(wǒ)们的太阳系也不例外(wài)，太阳(yáng)系(xì)位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万(wàn)有引(yǐn)力定律进(jìn)行(xíng)计算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际(jì)上，太阳(yáng)系(xì)正(zhèng)在以220千米/秒的速(sù)度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这(zhè)种纵有万般不舍的下一句是什么成语，纵有万般不舍啥意思向心加速度的原因很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不到的物质，是这些暗(àn)物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是(shì)从这时(shí)开始，越来越多的研(yán)究人员开始相信暗物质的存在(zài)。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整个星(xīng)系质量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个现象的(de)原因(yīn)。在(zài)一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没有(yǒu)引(yǐn)力(lì)效应的(de)遥(yáo)远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但是星系当中存在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所以在理论上(shàng)，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科学家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量之后(hòu)，发现星系中的(de)恒(héng)星运(yùn)动是可(kě)以用正常的物质和力学定律来解(jiě)释(shì)的(de)。那么(me)又有人(rén)提(tí)出，也许该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附(fù)近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星(xīng)系(xì)剥离了(le)。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何星系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的(de)除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种可能就是人类对引(yǐn)力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能(néng)在不(bù)同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理(lǐ)解(jiě)的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力之间的相互作用则(zé)是(shì)不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指的是在数百万光(guāng)年的(de)规模上(shàng)，巨(jù)大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成立(lì)，这(zhè)意味着我们需要(yào)对(duì)现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也让(ràng)很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就(jiù)此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引(yǐn)力透镜”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在(zài)星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团(tuán)以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会导(dǎo)致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部(bù)分的质(zhì)量将位于所(suǒ)有这(zhè)些气体所在的中间(jiān)区域。那(nà)么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在(zài)中间呢？前不(bù)久，詹姆斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传(chuán)回了(le)宇(yǔ)宙当中第(dì)一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我(wǒ)们(men)可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本(běn)身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是(shì)韦伯望远镜出了(le)什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥远的天体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个(gè)质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个(gè)现(xiàn)象(xiàng)就是(shì)引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这个(gè)巨大的天体可能是超大质量的黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在(zài)两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边(biān)形(xíng)成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物(wù)质存在的迄(qì)今为止最好的(de)理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自(zì)宇(yǔ)宙当中最古老的光。从宇宙大(dà)爆炸(zhà)开始，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空间背景上留下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后(hòu)的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提取和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙(zhòu)当中没有暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而(ér)随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐纵有万般不舍的下一句是什么成语，纵有万般不舍啥意思射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释(shì)星系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了(le)很多不同的(de)观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存(cún)在着某种类型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的(de)电磁作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用。所以如(rú)果能(néng)够找到这种粒子的存在，就(jiù)相当于找到了(le)暗物质存在的实际证(zhèng)据(jù)。这(zhè)种(zhǒng)粒子到(dào)底是什(shén)么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标(biāo)，而(ér)要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看不(bù)见(jiàn)、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过(guò)50次的实验，却没有(yǒu)任何(hé)实质性的发现，除(chú)了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学实(shí)验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而且(qiě)在20年当中(zhōng)每(měi)年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第一个直(zhí)接证据(jù)。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过(guò)程中会产生(shēng)相应的(de)振荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有半(bàn)年的时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳(yáng)的方向与太阳(yáng)环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的(de)时候，地球(qiú)与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到(dào)完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好(hǎo)达(dá)到了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到的周(zhōu)期(qī)性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的(de)情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客(kè)的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特(tè)征和第一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以(yǐ)成为(wèi)暗物质所存在的非(fēi)常有力的证(zhèng)据了。但是(shì)由于(yú)这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截(jié)至目前(qián)还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希(xī)格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红(hóng)外仪(yí)器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜其(qí)中一个关键的用途(tú)就是探索(suǒ)暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能(néng)拭(shì)目以待了。费(fèi)米实(shí)验室粒(lì)子天体物理中心(xīn)的科学家丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯(sī)特芬研究(jiū)发(fā)现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中(zhōng)生(shēng)命的诞(dàn)生(shēng)，或者说是(shì)生命进化的(de)一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着(zhe)人(rén)类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中某个角落的行星(xīng)上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些推论的大(dà)前提是(shì)要先找到暗(àn)物质存在的实际(jì)证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我更(gèng)新的(de)动力！

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