宇宙是“人(rén)为制造”的？为(wèi)何会存在科学(xué)无法解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找(zhǎo)暗物(wù)质存在的证(zhèng)据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行了(le)超(chāo)过(guò)50次的长期(qī)实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天(tiān)体运动(dòng)的(de)规律。往后的几百(bǎi)年(nián)来，当天文(wén)学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道(dào)出现异常(cháng)，不符(fú)合万有(yǒu)引(yǐn)力定律的时候，他们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一(yī)定(dìng)有未(wèi)知的天(tiān)体通过引力(lì)在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发(fā)现都(dōu)是应(yīng)用万有引力定律所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星(xīng)系(xì)团(tuán)的(de)质(zhì)量。这是一个由数(shù)千个星系所组成的巨大(dà)星系团(tuán)，这些星系被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会(huì)使用到两(liǎng)种方法，当两种方(fāng)法结(jié)果(guǒ)一(yī)致(zhì)，就可以确(què)定其质量(liàng)的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学(xué)的(de)质量"，需要的数据是测量各个星系的(de)光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红移测量星系团中(zhōng)的各(gè)个星系相对于星系团的运动速(sù)度。当测量结(jié)果出来之(zhī)后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力(lì)学(xué)质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味(wèi)着，后(hòu)发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或(huò)者说这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现星系(xì)团中很多星系的速(sù)度比(bǐ)理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些(xiē)可见(jiàn)星系的质(zhì)量所产生(shēng)的(de)引力是(shì)无法将它们束(shù)缚在(zài)星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛(pāo)出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基(jī)提出了这(zhè)样(yàng)部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的人们对这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动(dòng)。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢(màn)。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离的增(zēng)加，恒星(xīng)的旋转速(sù)度几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛顿(dùn)的万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足够大的质量来(lái)吸引(yǐn)它们，这些外围的恒星早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使(shǐ)用一种相对标(biāo)准(zhǔn)的方(fāng)法(fǎ)来(lái)解释暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系中(zhōng)心的(de)距离(lí)，以及在(zài)Y轴上气(qì)体的旋转速(sù)度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学家们通过射电望远镜测量了(le)距(jù)离星(xīng)系中心更远距离(lí)的氢元素，发(fā)现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河(hé)系中心2.6万光(guāng)年，根据万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度围绕银河(hé)系(xì)旋转，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生(shēng)以上这种向心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就是存(cún)在着一(yī)种我们看不到(dào)的物质，是这些暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开始，越来越多的研究人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据(jù)星系外恒(héng)星(xīng)轨道的速度，估(gū)算在星系当中(zhōng)暗(àn)物质(zhì)的质量占整个(gè)星系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星之(zhī)间，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异。另外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反常的星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上，该(gāi)星系(xì)必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进(jìn)的望远(yuǎn)镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之(zhī)后，发现(xiàn)星(xīng)系(xì)中的恒星运动(dòng)是可以(yǐ)用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还(hái)不够全面，引力很可能在(zài)不(bù)同尺度(dù)空间中的工作方式(shì)是不同的，这(zhè)意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理(lǐ)解的方(fāng)式运动。但是上升到星系(xì)和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用(yòng)则是不(bù)同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作用，科学家还引入(rù)了外部场效应的概念，指的是(shì)在数百万光年的(de)规(guī)模上，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个(gè)理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需要对现(xiàn)在的物理定(dìng)律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发(fā)现也让很多(duō)人认为暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结(jié)。但(dàn)是在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据(jù)，这些(xiē)理论(lùn)证据(jù)是蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成，类似这样的星团，它们大(dà)部分的普通质量都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生(shēng)碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互(hù)作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高(gāo)，速度(dù)大幅(fú)降低。所以在理(lǐ)论(lùn)上，在碰(pèng)撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那(nà)么我(wǒ)们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不(bù)是集中在中间呢？前不(bù)久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空(kōng)望(wàng)远镜(jìng)传回(huí)了宇宙(zhòu)当(dāng)中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的(de)高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问(wèn)题，而是这样极遥(yáo)远(yuǎn)的天(tiān)体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之(zhī)间。被一个质量超(chāo)级巨(jù)大的(de)天体遮(zhē)挡，这个(gè)超(chāo)大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后更遥远星系的光都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个(gè)现(xiàn)象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体(tǐ)可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹星系团(tuán)观测(cè)的时候，发现它的大质量区(qū)域并不是在中间(jiān)，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最好(hǎo)的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边(biān)形(xíng)成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最(zuì)古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于可以畅通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中了。经过(guò)了130多(duō)亿年之(zhī)后，这些光在宇宙空(kōng)间背景上留下(xià)了(le)各相同性(xìng)的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的(de)温差只有万分(fēn)之(zhī)一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后的二(èr)值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标(biāo)记之后发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而(ér)随着(zhe)暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅度(dù)会减小，才(cái)变(biàn)得看起来“和谐”。为(wèi)了(le)匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个数字与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观(guān)测结果。而暗物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子(zi)，它们不参与任何其(qí)他的电磁作用，只通(tōng)过(guò)引力(lì)来(lái)相(xiāng)互作用。所以如(rú)果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了(le)数十种(zhǒng)的假想(xiǎng)目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的(de)目(mù)标(biāo)粒子所需要的(de)实验方式(shì)也不相同。在过去(qù)的(de)几十年当(dāng)中，人类为了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的(de)发(fā)现(xiàn)，除了(le)一个地(dì)方，意(yì)大(dà)利的格兰萨索山(shān)，隶属于阿尔天肖有几个生肖 天肖是哪六个肖卑斯山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿井(jǐng)当(dāng)中，藏着地球上最大的地学(xué)实(shí)验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼高(gāo)的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻找暗(àn)物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学(xué)家(jiā)声(shēng)称(chēng)观测到了某种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有(yǒu)趣(qù)的事(shì)情。探测率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都(dōu)是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为(wèi)这可能是人类(lèi)发现暗物质的(de)第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是(shì)为(wèi)什(shén)么暗(àn)物质会(huì)产生周期性的年(nián)度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒的(de)速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗(àn)物质存在宇宙当中，这(zhè)意味着我们也在以这(zhè)样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳(yáng)进(jìn)行旋转。所以有半(bàn)年的时(shí)间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳(yáng)环绕(rào)银河系(xì)的方向是一致的，而另外半年则与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份(fèn)的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一致，这是理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相(xiāng)对银河(hé)系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但是这并不影(yǐng)响这个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解释，研究(jiū)人员(yuán)们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年(nián)度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这个(gè)周期(qī)的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的季节与之(zhī)前(qián)的实(shí)验室正好相反，而(ér)在这(zhè)里(lǐ)，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室(shì)是(shì)一样的。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有(yǒu)力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一(yī)台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器(qì)的100倍(bèi)。南希格雷(léi)斯罗曼太空望远镜其中一个关键(jiàn)的用途就是(shì)探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀(pò)和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会支持(chí)宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命进化的(de)一个(gè)重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味着人类并不孤(gū)单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应创造生命。当(dāng)然，这(zhè)些推(tuī)论的大(dà)前提(tí)是要先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到底存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请点赞，你的(de)支持是我更(gèng)新的动力！

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