宇(yǔ)宙是(shì)“人(rén)为制造”的(de)？为何会存在(zài)科学无法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为(wèi)了寻找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证据(jù)，科(kē)学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现任何的有效证据(jù)。除了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的(de)规律(lǜ)。往后的(de)几百年来(lái)，当天文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合(hé)万有引力定律的(de)时候，他们就会知(zhī)道，周围一定有(yǒu)未知的天体通过引力(lì)在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道(dào)的(de)异常，推(tuī)算并且(qiě)发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这些发现都是在恒(héng)星系(xì)统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物(wù)理(lǐ)学家弗里(lǐ)茨(cí)兹(zī)威基正在研究(jiū)和测量后发(fā)星(xīng)系团的(de)质(zhì)量。这是一(yī)个由数千个星系所组(zǔ)成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的(de)质量一般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光(guāng)度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团的(de)运动(dòng)速度。当测量结果出来(lái)之后，兹(zī)威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并不以可(kě)见(jiàn)光的(de)形(xíng)式(shì)所存在，我们无高级合伙人律师一年收入多少，律师合伙人分几级法看(kàn)到。最诡异的是(shì)，在测量速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理论上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运动学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出(chū)星系(xì)团(tuán)之外了，除非(fēi)有(yǒu)一(yī)种神秘(mì)的(de)力(lì)量(liàng)在起作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出(chū)了(le)这样部(bù)分不可(kě)见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却(què)占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大(dà)部(bù)分的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距离中心越远(yuǎn)的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的结果却让人感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速度(dù)几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没有足(zú)够(gòu)大的质量来(lái)吸引它(tā)们，这些外围的(de)恒(héng)星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学(xué)家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方法就是测量星系(xì)当(dāng)中气体在X轴上距离星系(xì)中心的距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于是科学家们通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距(jù)离的氢元(yuán)素，发(fā)现它们(men)的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不(bù)例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系正(zhèng)在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围(wéi)绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度(dù)远远大于理论速(sù)度(dù)，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存(cún)在着(zhe)一种(zhǒng)我(wǒ)们(men)看不到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引力(lì)效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越(yuè)来越多的研(yán)究人(rén)员(yuán)开(kāi)始相信(xìn)暗物(wù)质(zhì)的存在。科(kē)学(xué)家根(gēn)据星(xīng)系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这个现象的原因。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家们发现，几乎没有引力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数(shù)量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们(men)使用最先进的(de)望(wàng)远镜(jìng)对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细测(cè)量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解释的(de)。那么(me)又(yòu)有人提出(chū)，也许该星系(xì)的暗(àn)物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大(dà)星(xīng)系剥(bō)离了。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的(de)除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能(néng)就是人类(lèi)对引力的理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力很可能在不同尺度(dù)空间中(zhōng)的(de)工作方式是(shì)不同的，这意味着在行星系尺度中的(de)天体会沿着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但(dàn)是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的相互作用(yòng)，科学(xué)家还引入了外部场效应的概(gài)念，指(zhǐ)的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着我们(men)需要对(duì)现在的(de)物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙(zhòu)当中(zhōng)还有关(guān)于暗(àn)物(wù)质存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙(méng)德理(lǐ)论所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光(guāng)年(nián)的子弹星系(xì)团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团，它们(men)大部分(fēn)的普通质(zhì)量都在(zài)星系的(de)气体当中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)大部分的(de)质量将(jiāng)位于所(suǒ)有这些气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么(me)我们(men)通过什么(me)来验证它的质量区域到底是不(bù)是(shì)集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望(wàng)远镜传回了(le)宇(yǔ)宙(zhòu)当中第(dì)一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形(xíng)变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不(bù)是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样(yàng)极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我们地球(qiú)上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的天体遮(zhē)挡，这个超大(dà)质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使身后更(gèng)遥(yáo)远(yuǎn)星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的(de)天体可能(néng)是(shì)超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域(yù)并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观测到的质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则(zé)直接通(tōng)过了这(zhè)个区域，并在两边形(xíng)成了引力透镜。对子(zi)弹星(xīng)系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗(àn)物质存在的迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自(zì)宇宙当中最古老(lǎo)的(de)光。从宇宙大爆(bào)炸开(kāi)始，38万年之后(hòu)，可见光终于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景上留下了各相同性(xìng)的微波辐射(shè)。其中(zhōng)红色的部分表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表示相对(duì)较(jiào)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(xué)家们通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的二值图像进行连通域(yù)提取和标(biāo)记(jì)之(zhī)后发现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增(zēng)加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解(jiě)释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质比例(lì)是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存在的(de)实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了(le)数十(shí)种的(de)假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所需要(yào)的实验方式也不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿(kuàng)井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大(dà)的(de)地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层(céng)楼高的探测器，一直致(zhì)力(lì)于寻找暗物(wù)质(zhì)粒子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到了某种(zhǒng)信号(hào)。经过了20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人们发现了(le)一个有趣的事(shì)情。探(tàn)测率(lǜ)会在每(měi)年的6月(yuè)份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物质会产生(shēng)周期(qī)性(xìng)的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河(hé)系进(jìn)行移动，那(nà)么如(rú)果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意(yì)味着(zhe)我们也在以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着暗(àn)物质流，这(zhè)个过程中会(huì)产生相应的振荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕(rào)太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与(yǔ)太阳环(huán)绕(rào)银河系的方(fāng)向(xiàng)是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的(de)平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此(cǐ)科学家认为这可以用来解释，研究人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也(yě)可能有其他的情况(kuàng)，造(zào)成这种(zhǒng)年度周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连(lián)意大(dà)利游客的(de)数(shù)量也(yě)符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建(jiàn)立了(le)一(yī)个(gè)几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季节(ji高级合伙人律师一年收入多少，律师合伙人分几级é)与之前的实验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的运动特征和第一(yī)个实验室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了(le)。但是由(yóu)于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截(jié)至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相应(yīng)的数据支持。另(lìng)外(wài)，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜(jìng)，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜(jìng)大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪(yí)器提供(gōng)的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希(xī)格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼(màn)太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途(tú)就是(shì)探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥秘，对于(yú)探测(cè)的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物理中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯(sī)特(tè)芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有另(lìng)一种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙(zhòu)当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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