宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法解释的“暗(àn)物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去(qù)的(de)几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发(fā)现任何的有效证据。除了(le)一个地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲学数学原理一书中，一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧埃(āi)萨克(kè)牛顿发表了万有引力定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当(dāng)天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运(yùn)行轨道(dào)出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引(yǐn)力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天(tiān)王(wáng)星运(yùn)行轨(guǐ)道的异常，推算并且发现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但是(shì)这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是(shì)在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们上升(shēng)到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情就开始(shǐ)变(biàn)得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学家弗里茨兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些(xiē)星系被(bèi)引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两种(zhǒng)方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度(dù)学的质量"，需要(yào)的数(shù)据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱(pǔ)红移测(cè)量星系团(tuán)中(zhōng)的各个星(xīng)系相对于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是(shì)“光(guāng)度学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发座星系团有99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形(xíng)式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度的过程中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团(tuán)中很多星(xīng)系的(de)速度(dù)比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅(jǐn)靠这(zhè)些可见星(xīng)系(xì)的(de)质量所产生的引力是无(wú)法将它们(men)束缚在(zài)星系(xì)团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非有一种神(shén)秘(一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧mì)的力(lì)量在起作用，这种力量来(lái)源于某种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射(shè)光，但(dàn)是它们却占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测(cè)仙女(nǚ)座星系中的恒星运动。理论上来说(shuō)，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的(de)结果却让人感(gǎn)到(dào)不可思(sī)议。

随(suí)着与(yǔ)中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基(jī)于这种现象，科学家(jiā)们会使(shǐ)用一种相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这(zhè)种方(fāng)法就(jiù)是(shì)测(cè)量星系当中气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系中心(xīn)的距离(lí)，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入(rù)其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿(dùn)的力学定(dìng)律。我们的太阳系也(yě)不例外(wài)，太阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离(lí)银河系(xì)中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定律进行计算，太阳(yáng)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(mǐ)/秒的速度(dù)围绕银(yín)河系旋转，这个(gè)实际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了一起(qǐ)。

也(yě)是从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多(duō)的研究人(rén)员开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科学家(jiā)根据星系外(wài)恒(héng)星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系(xì)当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不(bù)是唯一可以解释这(zhè)个(gè)现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星(xīng)之间(jiān)，也(yě)会出(chū)现速度(dù)上的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家(jiā)还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的(de)详细测(cè)量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常的物质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的(de)。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质(zhì)，已经被附近的另一个(gè)大星系(xì)剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方式是不(bù)同的，这意(yì)味着在行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式(shì)。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入(rù)了外部场效应(yīng)的概念，指的是(shì)在数百万光年的规模上，巨大(dà)的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现(xiàn)在(zài)的(de)物理定律进行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法(fǎ)解释(shì)的“引(yǐn)力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作用就会(huì)导致温度(dù)的急(jí)剧升高，速度大(dà)幅降低。所(suǒ)以在(zài)理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过(guò)什(shén)么来验证它的(de)质量区域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显地看到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形(xíng)变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极(jí)遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体(tǐ)和我们(men)地球上的观测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨大的天(tiān)体可能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质量区域并不是在(zài)中间，而(ér)是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解释(shì)方法就是当(dāng)星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可(kě)被观测到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透(tòu)镜(jìng)研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为(wèi)是(shì)暗物质(zhì)存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最好的理论证(zhèng)据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当中(zhōng)最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了(le)130多亿年之后(hòu)，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留下(xià)了各相同性的(de)微波辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区域(yù)，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对较(jiào)冷的区域(yù)，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通(tōng)域提取和(hé)标记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的幅度会减小，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波(bō)背景(jǐng)辐(fú)射的测量值(zhí)，我们(men)需要的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意(yì)味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存(cún)在着某(mǒu)种(zhǒng)类型的(de)粒(lì)子，它(tā)们不参与任何(hé)其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作(zuò)用。所以如果(guǒ)能够(gòu)找到这种(zhǒng)粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么(me)？科学家们(men)已(yǐ)经提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需要的实(shí)验方式(shì)也(yě)不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类(lèi)为(wèi)了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实质性(xìng)的发(fā)现(xiàn)，除(chú)了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球上最大的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自(zì)1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们发(fā)现了一个有趣的事(shì)情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而且在20年(nián)当中(zhōng)每年(nián)都是一样(yàng)。一(yī)些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这(zhè)可能是(shì)人类发现暗物质的第(dì)一个直接证(zhèng)据。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng一般动画一秒多少帧，逐帧动画一秒多少帧)了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意味着(zhe)我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质(zhì)流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向(xiàng)与太阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另外半年则与(yǔ)之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致(zhì)，这是理论上地球穿越暗物质流最快的时段(duàn)。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员们(men)所观测(cè)到(dào)的(de)周期性信(xìn)号。当(dāng)然(rán)也(yě)可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南半球(qiú)建(jiàn)立(lì)了一个几乎相同的实验室(shì)，这里的季节与之(zhī)前的(de)实验室正好相反，而在这里(lǐ)，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一个实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成(chéng)不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提供相应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视(shì)场仪器提供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯(sī)罗(luó)曼(màn)太空望远(yuǎn)镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关键(jiàn)的用途(tú)就是探索暗物质(zhì)背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结果，我(wǒ)们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生(shēng)命(mìng)的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说是(shì)生命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么遍布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗(àn)物质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在通过(guò)这样的(de)效应创造生命。当然(rán)，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点(diǎn)赞，你的(de)支持(chí)是我更新(xīn)的动力！

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