宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无(wú)法解释的“暗物质”？暗(àn)物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们在过(guò)去的几十年当中进行了超(chāo)过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何的(de)有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体运动的规律。往后的几百年来，当天文学(xué)家们发现某些天体运行(xíng)轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知(zhī)的天体(tǐ)通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道。比如在1846年(nián)，奥本勒(lēi)维耶就通过天王星运行轨道(dào)的异常，推算并且发(fā)现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都(dōu)是应用(yòng)万有引力定律所取得重大(dà)天(tiān)文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度，事情就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的质(zhì)量。这是一个由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的质量一般会(huì)使用(yòng)到两种方法，当两(liǎng)种方法(fǎ)结果一致，就(jiù)可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是(shì)获得其(qí)"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各(gè)个(gè)星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算，是利(lì)用光谱红移测量星系(xì)团中的各个星系相对于星系团的运动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹(zī)威基彻(chè)底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发(fā)座(zuò)星系(xì)团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是，在测量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速度比理论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的引力(lì)是(shì)无法将它(tā)们(men)束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系(xì)团之外(wài)了(le)，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量(liàng)来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸(xī)光(guāng)、反射光，但是(shì)它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当时的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福(fú)特在观测仙女座星系(xì)中(zhōng)的(de)恒(héng)星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的结果(guǒ)却让人感到(dào)不可思议。

随(suí)着与中心距(jù)离的增加，恒(héng)星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系当中如果(guǒ)没有足够(gòu)大的(de)质量(liàng)来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种现(xiàn)象，科(kē)学家们(men)会使用一种相对标准的方(fāng)法来解(jiě)释暗物质的(de)存(cún)在，这(zhè)种方法就是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常(cháng)的(de)结(jié)果，就认(rèn)为(wèi)是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其(qí)中。

于是阅历是什么意思科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离星系中(zhōng)心更远(yuǎn)距离的氢元素，发现它(tā)们(men)的旋(xuán)转速度并不符(fú)合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外，太阳系(xì)位于银(yín)河(hé)系的第三悬(xuán)臂之上，距离银(yín)河系中心2.6万(wàn)光年，根据万有(yǒu)引力(lì)定律进行(xíng)计算，太阳系(xì)的运行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系旋转，这(zhè)个实际速度远(yuǎn)远大于(yú)理论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质的引力效应将星系聚(jù)集在(zài)了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从(cóng)这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根(gēn)据星(xīng)系外恒星轨道(dào)的速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家(jiā)们发现，几乎没(méi)有引力效(xiào)应的遥远恒星之间，也会出现速(sù)度上的微小差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距(jù)离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中存(cún)在的恒星数量却只有银河系的千分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须(xū)存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们(men)使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详(xiáng)细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星运(yùn)动是可(kě)以用(yòng)正常的物质和力学定律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有人提(tí)出(chū)，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没(méi)有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些(xiē)现象的除了(le)暗物质的假说之外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够(gòu)全面，引(yǐn)力很可能在不同尺度空(kōng)间中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方式(shì)。对于在星系团之间的(de)相互(hù)作用，科学家还引入(rù)了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生(shēng)对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在的物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿(yì)光(guāng)年的子(zi)弹(dàn)星系团，由两个碰(pèng)撞的星系团(tuán)所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分的(de)普通质量都(dōu)在星系(xì)的气体当中。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生(shēng)碰撞的时候(hòu)，星际气体的相互作用(yòng)就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰(pèng)撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分(fēn)的质量将位(wèi)于所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体(tǐ)所在(zài)的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量(liàng)区域到底(dǐ)是不是(shì)集中在中(zhōng)间(jiān)呢？前(qián)不(bù)久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地看到很多星系(xì)似乎(hū)被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦伯望远镜出了什么问题，而(ér)是这样(yàng)极遥远的(de)天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个(gè)质量超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量的东(dōng)西的引力，会使身(shēn)后更遥(yáo)远星(xīng)系的(de)光都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们(men)对子弹(dàn)星系团观测(cè)的时候，发现它的(de)大质(zhì)量区域并不是在中间(jiān)，而是(shì)在(zài)两侧。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部(bù)的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质量(liàng)气体(tǐ)被卡在了中间，暗物(wù)质则直接(jiē)通过了(le)这个区域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿(chuān)越在宇宙当中了。经(jīng)过(guò)了130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下了各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红色(sè)的(de)部分表示(shì)温度较高(gāo)的(de)区域，蓝(lán)色则表(biǎo)示相对较(jiào)冷的区域，但实际上它们之间的温差只(zhǐ)有万分之一。

科学家们(men)通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的(de)二值图(tú)像进行(xíng)连通域提取和(hé)标(biāo)记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这样(yàng)的(de)，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的(de)增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背景辐射的测量值(zhí)，我们(men)需要的暗(àn)物质大(dà)约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结果。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任何其(qí)他的(de)电(diàn)磁(cí)作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在的(de)实(shí)际(jì)证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么(me)？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十(shí)种(zhǒng)的假想(xiǎng)目(mù)标(biāo)，而要(yào)寻找(zhǎo)这(zhè)些不(bù)同的(de)目(mù)标(biāo)粒子所(s阅历是什么意思uǒ)需要的实验(yàn)方式(shì)也(yě)不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这(zhè)些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的(de)“暗物质”，科学(xué)家们(men)已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一(yī)个地(dì)方，意大利(lì)的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米处的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大(dà)的地学实(shí)验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗(àn)物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人们(men)发现了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月(yuè)份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可(kě)能(néng)是人(rén)类发现暗物(wù)质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗(àn)物质会产生周期性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系进(jìn)行(xíng)移动，那么(me)如果暗物质(zhì)存(cún)在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们(men)也(yě)在以这样(yàng)的(de)速(sù)度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时(shí)地球又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地球围(wéi)绕(rào)太(tài)阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份的时候(hòu)，地球(qiú)与太阳的方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿(chuān)越(yuè)暗物质(zhì)流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最(zuì)慢(màn)值。尽管在实际(jì)的情况中，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银河系的平面呈(chéng)现了(le)60度的(de)倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性。

因此科学(xué)家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释，研究人员们(men)所(suǒ)观(guān)测(cè)到的(de)周期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他的(de)情况，造成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差(chà)异也(yě)可能是(shì)温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数(shù)量也符(fú)合(hé)这个周期的(de)规律。

所以，科学家们又在南半球建立了(le)一个几乎相同的实验室，这里的季节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个实(shí)验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但是由(yóu)于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射(shè)一台新的望远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供的(de)视野(yě)是哈(hā)勃红(hóng)外(wài)仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一(yī)个关键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对(duì)于(yú)探测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果(guǒ)暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能(néng)拥有另一种(zhǒng)神秘(mì)的效(xiào)应，这种暗(àn)物(wù)质效应，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要因(yīn)素。

如果(guǒ)这一理(lǐ)论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行星(xīng)上，暗(àn)物质正在通(tōng)过这样的效应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前(qián)提(tí)是(shì)要先找到暗物(wù)质存在的(de)实际证据。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得(dé)暗物(wù)质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更新(xīn)的动力！

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