宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为何会存在科学无法(fǎ)解释的“暗物(wù)质(zhì)”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年(nián)当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个(gè)地(dì)方，在(zài)1687年(nián)出(chū)版的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们(men)发(fā)现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出(chū)现异常(cháng)，不符合万有引力定律的(de)时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周(zhōu)围一定有未知的(de)天体通(tōng)过(guò)引(yǐn)力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推算(suàn)并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定(dìng)律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开(kāi)始变(biàn)得诡异了(le)。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系团的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大星系团，这些星(xīng)系被引(yǐn)力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就(jiù)可以确定其质量的(de)范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二种是(shì)动(dòng)力学质量的计算，是利用光谱红移测量星系团中的各个星(xīng)系相对(duì)于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以可(kě)见(jiàn)光的形式所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测量速度的过(guò)程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是(shì)无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外(wài)了，除非有一种神秘的力量在起作(zuò)用，这种力量(liàng)来源(yu紫菜是不是海鲜án)于(yú)某种隐(yǐn)形(xíng)的(de)物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大(dà)部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人们对这(zhè)样的(de)一种说(shuō)法不屑一顾(gù)。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一次出现。天文学家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在(zài)观(guān)测(cè)仙女座(zuò)星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果却让人感到(dào)不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的(de)旋转速(sù)度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定律，在星系当(dāng)中如果没(méi)有足够大的质量(liàng)来吸引它(tā)们，这些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中了。基于这种(zhǒng)现象，科(kē)学家(jiā)们会使(shǐ)用(yòng)一种相(xiāng)对标准的方法来(lái)解释暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在，这种方法就是测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为是由暗物(wù)质(zhì)的力量(liàng)进入其中。

于是(shì)科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测量(liàng)了距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学(xué)定律。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万(wàn)有引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太(tài)阳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/秒的速度围绕银河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上这种(zhǒng)向(xiàng)心(xīn)加速度的(de)原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起(qǐ)。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物(wù)质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的(de)研(yán)究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和(hé)银河系不多，但是(shì)星系当中存(cún)在的恒星(xīng)数量却只(zhǐ)有银河系的千分之(zhī)一。

所以在理论上，该(gāi)星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细(xì)测量之后，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动是可以用(yòng)正常(cháng)的物(wù)质和力学(xué)定律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系(xì)的暗物质，已经被附(fù)近的另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪(guài)的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成这些现象的除了(le)暗(àn)物质的假说之外(wài)，另(lìng)一种可(kě)能就是人类对引力(lì)的理解还不(bù)够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我(wǒ)们所理解的方式运(yùn)动。但(dàn)是上升到星系和星(xīng)团的尺(chǐ)度，引力之间的(de)相互作用则是不同(tóng)的方(fāng)式。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(de)概念，指(zhǐ)的是在数百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定律进行修正，这些(xiē)发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透(tòu)镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子(zi)弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似(shì)这样的星团，它们大部(bù)分的普通质量(liàng)都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体(tǐ)的相互作用就会(huì)导致温度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在(zài)碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些(xiē)气(qì)体所(suǒ)在(zài)的(de)中间区域。那(nà)么(me)我(wǒ)们通过什么来(lái)验证它的(de)质(zhì)量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远镜传回(huí)了宇宙(zhòu)当中第一张(zhāng)全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以明显地看到很多星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生(shēng)了巨大的形变(biàn)。其(qí)实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的(de)天体和我们(men)地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个(gè)超大(dà)质量的东(dōng)西的引力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生(shēng)了扭(niǔ)曲。这个(gè)现象就是(shì)引力透(tòu)镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量区域并不(bù)是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的(de)解释方法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物(wù)质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的(de)引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大爆(bào)炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可(kě)以畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过(guò)了130多亿(yì)年(nián)之后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分表示温度较高的区(qū)域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之(zhī)一。

科学(xué)家(jiā)们通过对(duì)前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像(xiàng)进行连通域提(tí)取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看(kàn)起来(lái)不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的(de)增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个(gè)数字(zì)与解(jiě)释星(xīng)系当中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗物质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就(jiù)相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。这种粒子到(dào)底是(shì)什么？科学家(jiā)们已经提(tí)出了数十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需要(yào)的(de)实验方(fāng)式也不相同。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人(rén)类为了(le)寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何(hé)实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利(lì)的格兰萨索山，隶属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下(x紫菜是不是海鲜ià)矿井当(dāng)中，藏(cáng)着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力(lì)于(yú)寻找暗物质(zhì)粒(lì)子的周(zhōu)期性震荡。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声称(chēng)观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数据(jù)收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家认为这(zhè)可能是人(rén)类发现(xiàn)暗(àn)物质的第一个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为什么暗(àn)物(wù)质会产生周期(qī)性的(de)年(nián)度信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着银河系进行移动，那么(me)如(rú)果暗物质存在宇宙当中，这意(yì)味(wèi)着我们(men)也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的(de)时间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向(xiàng)与太阳环绕(rào)银河(hé)系(xì)的方(fāng)向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了(le)最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现(xiàn)了(le)60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论(lùn)的有(yǒu)效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到的周期性(xìng)信号。当然也可能(néng)有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这种年度周期(qī)信号的差异也可能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也符(fú)合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球(qiú)建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是(shì)一样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的信号，就可以成(chéng)为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室(shì)刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所以截至目前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大小跟哈(hā)勃(bó)望(wàng)远镜相同，但它的宽视(shì)场(chǎng)仪器提供的视野(yě)是哈勃(bó)红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中一个关键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗(àn)物(wù)质背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭(shì)目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子(zi)天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘(mì)的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持(chí)宇(yǔ)宙当(dāng)中生命的(de)诞(dàn)生，或者说是生命进化的一(yī)个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单呢(ne)？或(huò)许在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的(de)效应创造生命。当然，这(zhè)些推论的大前提是(shì)要(yào)先找到暗物(wù)质存在的实际(jì)证据。那(nà)么小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到(dào)底存(cún)不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是(shì)我更(gèng)新的动(dòng)力(lì)！

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