宇(yǔ)宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什(shén)么(me)？人类(lèi)为了(le)寻找(zhǎo)暗物质存在的(de)证据，科学家(jiā)们(men)在过去的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过(guò)50次的长期实(shí)验(yàn)，但是却没有发(fā)现任何的有(yǒu)效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力定(dìng)律，它揭示(shì)了(le)宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往(wǎng)后的几百年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些(xiē)天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合万有引力(lì)定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星运行(xíng)轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推(tuī)算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发(fā)现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取(qǔ)得重大天文成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的(de)尺度当中，可当我们上升到星系或(huò)者是星团的尺度，事情就(jiù)开始变得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理(lǐ)学(xué)家弗里茨兹(zī)威(wēi)基(jī)正在研究(jiū)和测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量星系团的质量一(yī)般(bān)会使(shǐ)用到(dào)两种方法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一致，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得(dé)其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团(tuán)中的(de)各个星系相对于星系团(tuán)的运(yùn)动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟(jìng)然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我们无法看到(dào)。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星(xīng)系团中很多星系的速(sù)度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星(xīng)系的质(zhì)量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样(yàng)部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分的(de)质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾(gù)。

直到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系(xì)中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其轨道上的运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不(bù)可思(sī)议。

随着(zhe)与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可(kě)是根据牛(niú)顿的(de)万(wàn)有引力定律，在星系当(dāng)中如(rú)果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸(xī)引(yǐn)它们，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就(jiù)被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的方法来解(jiě)释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出(chū)现(xiàn)异(yì)常的(de)结果，就(jiù)认为是(shì)由暗物质(zhì)的力量进入其中。

于是科(kē)学家们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更远距离的氢(qīng)元素(sù)，发现(xiàn)它们(men)的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河(hé)系中心(xīn)2.6万(wàn)光年，根据万(wàn)有引力(lì)定律进行计(jì)算，太(tài)阳系的(de)运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加速度的原(yuán)因很可能就是(shì)存在着一(yī)种(zhǒng)我们看不到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物(wù)质的存在(zài)。科学家根据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占整个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解释这个现象的原因。在(zài)一项新(xīn)的(de)研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河(hé)系不多，但(dàn)是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只(zhǐ)有银河系的千(qiān)分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质(zhì)，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的(de)望远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详(xiáng)细测(cè)量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星(xīng)运动是可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象(xiàng)的除(chú)了(le)暗物质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力(lì)的理解还不够(gòu)全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工(gōng)作方(fāng)式是不同的(de)，这(zhè)意味(wèi)着在行星系尺度中的天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的(de)方式运动。但(dàn)是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星(xīng)系团(tuán)之间(jiān)的相互(hù)作用(yòng)，科(kē)学家还引(yǐn)入了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光年的(de)规(guī)模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这(zhè)个理论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这些发(fā)现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终(zhōng)结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子(zi)弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作(zuò)用(yòng)就会导致温度的(de)急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的中间区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太空望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清田井读什么字，畊和耕的区别照片，在照片(piàn)中我们可(kě)以(yǐ)明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生(shēng)了巨大的(de)形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜出了什(shén)么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引力透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能是超(chāo)大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可被观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被(bèi)卡在了(le)中间，暗物质则直接通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星系团的引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被认为是暗物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理论证据(jù)。

除此之外，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性(xìng)的(de)微波(bō)辐射(shè)。其(qí)中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间(jiān)的温差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景分离后的二值(zhí)图像进行连(lián)通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kàn)起来不应该(gāi)是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射(shè)的测量值，我们需要的暗物(wù)质大(dà)约是普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比(bǐ)例是一致(zhì)的。这就(jiù)意(yì)味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架(jià)，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观(guān)测结(jié)果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作(zuò)用(yòng)。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的(de)实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超(chāo)过50次的实验(yàn)，却没(méi)有(yǒu)任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼高的(de)探测器(qì)，一直致力(lì)于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的科(kē)学家(jiā)声称观测到了某种信号。经(jīng)过了20多(duō)年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期性的年度信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了(le)太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这(zhè)意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质流(liú)，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳(yáng)环(huán)绕银(yín)河(hé)系的方向是(shì)一致的(de)，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在(zài)6月份的时候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物质流(liú)最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科(kē)学(xué)家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也(yě)可能(néng)有其他的情(qíng)况，造成(chéng)这种年度(dù)周(zhōu)期信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个(gè)几乎(hū)相同的田井读什么字，畊和耕的区别实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿过(guò)暗物质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的。

因此(cǐ)，如(rú)果在(zài)这里可以得(dé)到相同(tóng)的信号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非(fēi)常有力(lì)的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建成不久，所以截至目前还无法提(tí)供相应的(de)数据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃(bó)望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视野是哈勃红外(wài)仪(yí)器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后(hòu)的奥秘，对于探测(cè)的(de)结果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物(wù)理中心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们(men)极有(yǒu)可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果(guǒ)这(zhè)一理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会(huì)意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落的行星上(shàng)，暗物质正(zhèng)在(zài)通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前(qián)提(tí)是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物(wù)质到底存不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点(diǎn)赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的(de)动力！

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