宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的(de)“暗物质(zhì)”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证(zhèng)据(jù)，科学家们在(zài)过去的几(jǐ)十年当中进行(xíng)了超过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年(nián)出版的自(zì)然哲学数学原理一书(shū)中，埃萨克牛顿发表了万有引力(lì)定(dìng)律，它揭示了宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)天体运动的(de)规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学家们发现某(mǒu)些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄(shè)动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运行轨(guǐ)道(dào)的异(yì)常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星(xīng)的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星、冥王星的发(fā)现都是(shì)应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是这些发现都(dōu)是(shì)在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度(dù)，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系所组成(chéng)的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星(xīng)系(xì)团(tuán)的质(zhì)量一般(bān)会使用到两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学(xué)的质(zhì)量"，需要的(de)数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系(xì)团的运(yùn)动速度。当秋以为期句式特点，秋以为期句式判断测(cè)量结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团有99%的(de)质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法(fǎ)看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系(xì)团(tuán)中很(hěn)多星系的速度(dù)比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生的引(yǐn)力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非有一种神秘的力量(liàng)在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于某种隐形的物(wù)质(zhì)。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不可见的(de)暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝(jué)大部分的质量(liàng)。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时的人们对这样的一种说法不屑一(yī)顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观(guān)测(cè)仙女座星系中(zhōng)的(de)恒星运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果却让人感到不(bù)可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心距离的(de)增加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早(zǎo)就被甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学(xué)家们(men)会使用(yòng)一(yī)种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当(dāng)中气体在X轴上距离星系中心的距离，以(yǐ)及在(zài)Y轴上气体(tǐ)的旋(xuán)转速度(dù)。如果出现(xiàn)异常(cháng)的结果，就(jiù)认为是(shì)由(yóu)暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于是科学家们(men)通过(guò)射电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它们的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速度并(bìng)不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是160千(qiān)米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是(shì)存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力(lì)效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来(lái)越多的(de)研究人(rén)员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星轨(guǐ)道的速(sù)度，估算在星(xīng)系当(dāng)中暗物(wù)质的质量占整个(gè)星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有(yǒu)引力效应的遥(yáo)远恒星之间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家(jiā)还发现(xiàn)了(le)一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所(suǒ)以在理论上，该(gāi)星系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则就会分崩离析。但(dàn)是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进(jìn)行了40个小时的详细(xì)测量之后，发(fā)现星系中的(de)恒星运动(dòng)是可以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近(jìn)没(méi)有任何(hé)星系存(cún)在。造(zào)成(chéng)这些现(xiàn)象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理解还(hái)不够(gòu)全(quán)面，引力很(hěn)可能在不同尺度空(kōng)间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我(wǒ)们所(suǒ)理(lǐ)解(jiě)的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到(dào)星系(xì)和星团的尺(chǐ)度，引(yǐn)力(lì)之间的相(xiāng)互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的概念，指的(de)是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的(de)效果，这个理论叫(jiào)做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发(fā)现(xiàn)也(yě)让很多(duō)人(rén)认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些理论证(zhèng)据是蒙德理论所没法解(jiě)释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它们(men)大部(bù)分(fēn)的普通质(zhì)量(liàng)都在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万(wàn)公(gōng)里(lǐ)/小时发生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互作用就会导致温(wēn)度的急剧升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星(xīng)系团(tuán)大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空(kōng)望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照片，在照片中(zhōng)我(wǒ)们可以明(míng)显地(dì)看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸(shēn)产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问(wèn)题，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的(de)天体和我们地(dì)球上(shàng)的观(guān)测者之间。被一个质量(liàng)超级巨(jù)大的天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发生了扭曲(qū)。这个现(xiàn)象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞(dòng)或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团观测(cè)的时候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在两侧。所(suǒ)以(yǐ)最(zuì)好的解(jiě)释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则直接(jiē)通过了这个区域(yù)，并(bìng)在两边形(xíng)成(chéng)了引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止最好的理论证据。

除此(cǐ)之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙(zhòu)大爆(bào)炸(zhà)开(kāi)始，38万年之后，可(kě)见光(guāng)终(zhōng)于(yú)可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后，这些(xiē)光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背景(jǐng)上留下了各(gè)相同性的微波(bō)辐射。其中红(hóng)色(sè)的部(bù)分表示(shì)温度较(jiào)高的区域，蓝色(sè)则(zé)表示相对(duì)较冷的区域，但(dàn)实际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科学(xué)家们通过对前景背景分离后的二(èr)值图(tú)像进行连通域提取和标(biāo)记之(zhī)后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看起来(lái)不应(yīng)该是这样的，而随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了(le)匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用了(le)一(yī)个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了很多(duō)不(bù)同(tóng)的观测结果。而(ér)暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与(yǔ)任何其他的(de)电磁(cí)作用(yòng)，只通(tōng)过引(yǐn)力来相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这种粒子(zi)的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子(zi)到底是(shì)什(shén)么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目(mù)标，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标粒子(zi)所需(xū)要的实(shí)验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十年(nián)当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不会与常规物(wù)质(zhì)相互作用的“暗(àn)物质”，科(kē)学家们已(yǐ)经进行(xíng)了(le)超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了(le)一个(gè)地方，意大利的格兰萨(sà)索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下(xià)1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学实(shí)验(yàn)室，这(zhè)个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高(gāo)的探测器，一直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声(shēng)称观测(cè)到了某(mǒu)种信(xìn)号(hào)。经过了(le)20多(duō)年的数(shù)据收(shōu)集，人(rén)们发现了一个有(yǒu)趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年(nián)的(de)6月(yuè)份达到(dào)峰值，然后在11月降到(dào)最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学家认为(wèi)这可能是人(rén)类发现暗物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕着银河系进(jìn)行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的(de)速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围绕太阳进行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的时间，地球(qiú)围绕太(tài)阳的方向与太阳环(huán)绕银河(hé)系的方向(xiàng)是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反(fǎn)。

而(ér)在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一致，这是理(lǐ)论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流(liú)最快(kuài)的时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值。尽管在实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈现(xiàn)了(le)60度的倾斜(xié)，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性。

因此科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造(zào)成这种年度周期信号的差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客(kè)的(de)数(shù)量也符合这(zhè)个周期的(de)规律。

所以(yǐ)，科(kē)学家们(men)又在南半球(qiú)建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实(shí)验室是一样的。

因此，如(rú)果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所(suǒ)存在的(de)非常(cháng)有力的证(zhèng)据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格(gé)雷斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的(de)宽(kuān)视(shì)场仪器提供的视野是哈勃红外(wài)仪器的(de)100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空(kōn秋以为期句式特点，秋以为期句式判断g)望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的(de)结果，我们只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒(lì)子天体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质存在，它们极有(yǒu)可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一(yī)个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一(yī)理(lǐ)论得到进一步的证实(shí)，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味(wèi)着人类并不孤单(dān)呢(ne)？或许在宇宙当中某个角落(luò)的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在通过这样(yàng)的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在的实际证据。那么(me)小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更新的动力！

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