宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物(wù)质(zhì)存在(zài)的证据，科(kē)学家们在过去的几(jǐ)十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实验(yàn)，但是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发(fā)表了万有引(yǐn)力(lì)定律，它(tā)揭示了宇宙中(zhōng)天体(tǐ)运动的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学(xué)家(jiā)们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的(de)时候(hòu)，他们(men)就会知(zhī)道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就通过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应(yīng)用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所(suǒ)取(qǔ)得重大天(tiān)文成就(jiù)的(de)例子。但是这些发(fā)现都是(shì)在恒星系(xì)统(tǒng)的尺度当中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹(zī)威基(jī)正在研究和(hé)测量后发星(xīng)系团(tuán)的质量。这是一个由(yóu)数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种(zhǒng)方法(fǎ)，当两种(zhǒng)方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度学的质(zhì)量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各(gè)个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力(lì)学(xué)质量的计算，是利用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵(měng)了，“动力(lì)学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光(guāng)的形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹(zī)威基(jī)发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就应该(gāi)被抛出星系团之外了，除非(fēi)有一(yī)种神秘的力量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的(de)物(wù)质。

据(jù)此，兹(zī)维基提出了这样部分不(bù)可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光(guāng)、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质量。只(zhǐ)是(shì)当(dāng)时(shí)的人们对这样(yàng)的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年(nián)之后，“暗物质”这个(gè)词才再一次出现。天(tiān)文学家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观测仙女(nǚ)座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论(lùn)上来说，距(jù)离中(zhōng)心越(yuè)远的恒(héng)星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可(kě)思(sī)议。

随着与中(zhōng)心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度(dù)几(jǐ)乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质(zhì)量来(lái)吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这(zhè)种(zhǒng)现象，科学家们会使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离(lí)星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如果(guǒ)出现异常的结果(guǒ)，就认为是(shì)由暗(àn)物质的力量(liàng)进(jìn)入(rù)其中。

于是(shì)科学(xué)家(jiā)们通过射(shè)电望远镜测量了距离星系中心更远距(jù)离(lí)的(de)氢元素(sù)，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的力学定律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大(dà)于理(lǐ)论速度，那么产生以上这种(zhǒng)向心加(jiā)速度(dù)的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在(zài)着一(yī)种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始相信暗物(wù)质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗(àn)物质的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现，几(jǐ)乎没有引(yǐn)力效应的(de)遥远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一(yī)个反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约(yuē)2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存在的恒星数量却只有银河(hé)系(xì)的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们(men)使(shǐ)用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测(cè)量之(zhī)后，发(fā)现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是(shì)可以用正常的物(wù)质和(hé)力学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提(tí)出，也许该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有任何(hé)星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质(zhì)的假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力(lì)的理解还不够全面，引(yǐn)力很可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意味着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会沿着(zhe)它们的(de)轨(guǐ)道，按(àn)照(zhào)我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不(bù)同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场效应的概(gài)念(niàn)，指的是在数百(bǎi)万光年(nián)的规模上，巨大的质量之(zhī)间会产生(shēng)对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认(rèn)为暗(àn)物质(zhì)假说理论(lùn)就此终结。但是在(zài)宇宙(zhòu)当中还(hái)有关于暗物质存(cún)在(zài)的其(qí)他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所没法(fǎ)解(jiě)释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向(xiàng)距离为(wèi)37亿(yì)光年的(de)子弹(dàn)星系(xì)团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系团所组成，类(l分号的用法有哪些词语，分号的用法及作用举例èi)似这样的星团(tuán)，它们大部(bù)分的普(pǔ)通(tōng)质量都在星系的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小时发(fā)生碰撞的时(shí)候(hòu)，星(xīng)际气体的(de)相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度(dù)的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所(suǒ)有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质量区域到底是不是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙(zhòu)当中第一张全彩的(de)高清照片，在照片中我们可(kě)以明显地(dì)看(kàn)到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系(xì)本身并不(bù)是真的被扭曲(qū)了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么问题，而是这样(yàng)极(jí)遥远(yuǎn)的天体和我们地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大(dà)的(de)天体(tǐ)遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的(de)东(dōng)西的引力，会使身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透(tòu)镜(jìng)效应(yīng)。这(zhè)个巨大的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物(wù)质。

所以(yǐ)当(dāng)人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现它的(de)大质量区域并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被(bèi)认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的(de)理论(lùn)证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅通(tōng)无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光(guāng)在宇宙空间背景上留(liú)下了各相同性的微波辐(fú)射。其(qí)中红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的(de)区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷(lěng)的区域，但(dàn)实际上它们之间的温差只有万(wàn)分之一。

科学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取和(hé)标记之(zhī)后(hòu)发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当中没有(yǒu)暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是(shì)这样的，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些峰值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇宙(zhòu)微波背景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需(xū)要的暗(àn)物质比例是一致的(de)。这就(jiù)意味着。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地解(jiě)释了很(hěn)多不(bù)同的观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其(qí)他的电(diàn)磁作用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子(zi)的存在，就相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到底是什(shén)么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这些不同(tóng)的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人(rén)类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不(bù)见、摸不到(dào)，几乎(hū)不(bù)会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的发现，除(chú)了(le)一个地方(fāng)，意大利(lì)的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的地(dì)学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周期(qī)性震(zhèn)荡(dàng)。

自(zì)1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到了某种信号(hào)。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探(tàn)测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的(de)6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认为这(zhè)可能是人类发现暗物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太(tài)阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的速度围绕着(zhe)银(yín)河系(xì)进(jìn)行(xíng)移动，那么如果暗物(wù)质存在宇(yǔ)宙(zhòu)当(dāng)中，这(zhè)意(yì)味着我们也在以这样的(de)速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程中会产生相应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年(nián)的(de)时间(jiān)，地球围绕太阳的(de)方向与太阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致的，而(ér)另外(wài)半年(nián)则与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球(qiú)与太(tài)阳的方向正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最快的时段。而在11月份，又(yòu)恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实(shí)际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影(yǐng)响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认为这(zhè)可(kě)以用来解释，研(yán)究人(rén)员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能(néng)有其(qí)他的情况，造成这种年度(dù)周期信号的(de)差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上的(de)积(jī)雪(xuě)，甚至连(lián)意大(dà)利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这(zhè)里，地球穿过暗物质流(liú)的运动特征和第一个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这(zhè)里可以得到相(xiāng)同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久，所(suǒ)以截至目(mù)前还(hái)无法提供相(xiāng)应的(de)数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜(jìng)，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫(jiào)做“南希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍(bè分号的用法有哪些词语，分号的用法及作用举例i)。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一(yī)个关键的用途就是探索暗物质背后的(de)奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果(guǒ)，我们只能拭目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中心的科学家(jiā)丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研(yán)究发(fā)现，如果暗物质存在，它们(men)极(jí)有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重(zhòng)要(yào)因素。

如果这一理论(lùn)得(dé)到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗物质会不会意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物质正在通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的(de)大前提(tí)是要先找(zhǎo)到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴(bàn)们，你们觉得暗物质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的动力！

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