宇宙是“人为(wèi)制造”的(de)？为何(hé)会存在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物质”？暗(àn)物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是(shì)却没(méi)有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿(dùn)发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定(dìng)律的时候，他们就(jiù)会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未知的(de)天(tiān)体通过引力(lì)在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒(lēi)维耶就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的异(yì)常(cháng)，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万(wàn)有引力(lì)定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天文成就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当(dāng)中(zhōng)，可(kě)当我们上升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星(xīng)团的尺度(dù)，事(shì)情就开始变(biàn)得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和(hé)测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团的质量(liàng)。这是一个由(yóu)数千个星(xīng)系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用(yòng)到两种方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就(jiù)可以(yǐ)确定姝妤怎么念，姝妤字怎么读音是什么其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光(guāng)度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种是动(dòng)力(lì)学质(zhì)量的计算，是利(lì)用光谱红(hóng)移测量(liàng)星系(xì)团中(zhōng)的各个星系相(xiāng)对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量(liàng)结果(guǒ)出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意(yì)味着，后发(fā)座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失(shī)了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见光的形式所存(cún)在(zài)，我们(men)无(wú)法(fǎ)看(kàn)到(dào)。最诡异的是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星(xīng)系团中很(hěn)多(duō)星系(xì)的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚在星系团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系(xì)团之外了，除(chú)非(fēi)有一种(zhǒng)神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的一种说(shuō)法不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家(jiā)维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上的运行速(sù)度(dù)就会越慢。但是他们观(guān)测(cè)的(de)结果却让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随(suí)着与中心距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中(zhōng)如果没有足(zú)够大的(de)质量来吸(xī)引(yǐn)它(tā)们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现(xiàn)象，科学家们(men)会使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星系(xì)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(qì)体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于(yú)是(shì)科学家们通过射电望(wàng)远镜测量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远(yuǎn)距(jù)离的(de)氢(qīng)元素，发(fā)现它们(men)的旋转速度并不(bù)符合(hé)牛顿(dùn)的力学定律。我们(men)的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上，距离(lí)银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定(dìng)律进(jìn)行计算，太(tài)阳系的(de)运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个(gè)实际速度远远大(dà)于理论速度(dù)，那么产生以上这种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一(yī)种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物质的(de)引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相信暗(àn)物质的(de)存在。科学家(jiā)根(gēn)据星系外恒星轨道的(de)速度，估算在星(xīng)系当中暗物质(zhì)的质量占整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以(yǐ)解(jiě)释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反常的(de)星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距(jù)离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银(yín)河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星(xīng)系(xì)当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗物质(zhì)，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但是(shì)科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的(de)恒星运动是(shì)可(kě)以(yǐ)用正(zhèng)常的物质和(hé)力学定律来解释的。那么(me)又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质，已经被附近的(de)另(lìng)一个(gè)大星(xīng)系剥离了。奇怪(guài)的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系存在。造(zào)成这些现象的除(chú)了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方(fāng)式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系(xì)团(tuán)之间的相互作用，科学家还引入了外(wài)部(bù)场效(xiào)应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大的质量(liàng)之(zhī)间会产生对(duì)彼此特(tè)殊(shū)的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发(fā)现也让很多人认(rèn)为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是(shì)在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论(lùn)证(zhèng)据是(shì)蒙德理论所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星系团(tuán)，由(yóu)两个碰撞(zhuàng)的星(xīng)系(xì)团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的(de)相互作(zuò)用就会(huì)导致温(wēn)度的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大(dà)幅降低。所以在理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后(hòu)，子(zi)弹星系团大(dà)部分的(de)质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一(yī)个质量超(chāo)级巨大的天(tiān)体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更(gèng)遥远星系的光都(dōu)发生了扭曲。这个(gè)现象就(jiù)是引(yǐn)力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超(chāo)大(dà)质量的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗物质(zhì)。

所以当人们(men)对子弹星(xīng)系团观测的(de)时候，发(fā)现它(tā)的大质量(liàng)区域(yù)并不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所以最好的(de)解释方法就是(shì)当星(xīng)团(tuán)发生全部的碰(pèng)撞时，可(kě)被(bèi)观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区域，并在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被认为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了(le)。经(jīng)过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中(zhōng)红(hóng)色(sè)的部分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像(xiàng)进行连通(tōng)域提(tí)取和标(biāo)记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中(zhōng)没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物质的(de)增加(jiā)，一些峰值的(de)幅度(dù)会(huì)减(jiǎn)小，才变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解释星系当中恒星运动所需要的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是(shì)一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一(yī)个(gè)简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架，就很(hěn)好地(dì)解释了很多不同的观测结果。而暗物(wù)质的本质就(jiù)是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在(zài)的实际(jì)证据(jù)。这(zhè)种粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科学家们已经(jīng)提出了(le)数(shù)十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同的(de)目标粒子所(suǒ)需要的(de)实验(yàn)方(fāng)式也不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见、摸不(bù)到，几(jǐ)乎不会与常(cháng)规物质相互作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家(jiā)们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了(le)超过(guò)50次的实验，却没有任何实质性的发(fā)现，除(chú)了一(yī)个地方，意大(dà)利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米(mǐ)处的(de)地下矿井当中，藏着地球上最大的(de)地学实验(yàn)室，这个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的(de)探测器，一直致力于寻找暗物质粒子的周(zhōu)期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了某(mǒu)种(zhǒng)信(xìn)号。经(jīng)过了20多年的数据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一(yī)样(yàng)。一些(xiē)科学家认为这可能是人(rén)类发(fā)现暗(àn)物质的(de)第一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么(me)暗物(wù)质会产生周(zhōu)期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进行移动，那么如(rú)果(guǒ)暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度在(zài)穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到完全一致，这是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的(de)倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这(zhè)个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测(cè)到的周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种(zhǒng)年度(dù)周期信(xìn)号的差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿(shī)度(dù)、土壤中(zhōng)的(de)水分、高(gāo)山上(姝妤怎么念，姝妤字怎么读音是什么shàng)的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的(de)规律。

所以，科(kē)学家们又(yòu)在南(nán)半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验室，这里(lǐ)的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗物质流(liú)的运(yùn)动特征和第(dì)一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里可以得(dé)到(dào)相同的信号(hào)，就可以(yǐ)成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了(le)。但是由于这(zhè)个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场(chǎng)仪(yí)器提供的(de)视野是哈勃红外仪(yí)器(qì)的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就是探(tàn)索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室(shì)粒子天(tiān)体物理中(zhōng)心的(de)科(kē)学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在，它(tā)们极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神(shén)秘的效应，这种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，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(dào)进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？姝妤怎么念，姝妤字怎么读音是什么或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某个角落的(de)行星(xīng)上，暗物质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存(cún)在的实际证(zhèng)据。那(nà)么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的动力！

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