宇宙是“人为制造”的？为何会存在科(kē)学(xué)无(wú)法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当(dāng)中进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当(dāng)天文学家们发现某些天体(tǐ)运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他们就会知道(dào)，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取(qǔ)得(dé)重大天文成就(jiù)的例(lì)子。但(dàn)是这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星(xīng)系(xì)或者是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞士的(de)物理学家弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千(qiān)个星系所(suǒ)组成的(de)巨大星系(xì)团，这(zhè)些星系被引力束缚在(zài)一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种方法结果一(yī)致(zhì)，就(jiù)可(kě)以确定(dìng)其质量的范(fàn)围。

第一种是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个星(xīng)系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的(de)计算(suàn)，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量星系团中的各个(gè)星系相对于星系团(tuán)的运动速度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的(de)质量(liàng)消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法看到。最诡异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发(fā)现星系团中很(hěn)多星系的(de)速(sù)度比理论上要快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星(xīng)系的(de)质(zhì)量所产生的(de)引力是无法将它们束缚(fù)在星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团(tuán)之外了，除非有一种神秘(mì)的力量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部分不可见的(de)暗质(zhì)，它不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时(shí)的(de)人们对这(zhè)样的一种说法不屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学家(jiā)维(wéi)拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星(xīng)运动(dòng)。理论(lùn)上来说，距离(lí)中心越远的恒星在(zài)其轨道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们(men)观测的(de)结果(guǒ)却让人感(gǎn)到不可思议。

随着(zhe)与(yǔ)中心(xīn)距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒星的旋转速度几乎保持不变。可是根(gēn)据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)，在星系当(dāng)中如果没有足(zú)够大的(de)质(zhì)量来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了。基于这种现象，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方(fāng)法来解释暗(àn)物质的存(cún)在(zài)，这种方法就(jiù)是测量星系当(dāng)中气体在X轴(zhóu)上距离星系(xì)中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出(chū)现异常的(de)结果(guǒ)，就(jiù)认(rèn)为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星系中心更远距(jù)离的(de)氢元素，发(fā)现它(tā)们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于银(yín)河(hé)系的第三悬臂之上(shàng)，距离银河(hé)系(xì)中心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以(yǐ)220千米(mǐ)/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远远(yuǎn)大于理(lǐ)论速(sù)度，那么产生以上这种向心加速度的(de)原因很可能就是(shì)存在着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的物质，是这些暗物质的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员开始相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨道的速度，估算在(zài)星系当中暗(àn)物质的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引(yǐn)力效应的遥远恒星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微(wēi)小差(chà)异(yì)。另外，天(tiān)文学家(jiā)还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系距离地球大约2.5亿光(guāng)年，大(dà)小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当(dāng)中存在(zài)的恒星数量却只有(yǒu)银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论(lùn)上，该星(xīng)系必须存在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离(lí)析。但(dàn)是科学家们使(shǐ)用最先进(jìn)的望(wàng)远镜对(duì)其(qí)进行了40个小时的详细测量之(zhī)后，发现星系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出，也许(xǔ)该星系(xì)的暗物质(zhì)，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存在(zài)。造成这些现象的除了(le)暗物质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人类对引力的理(lǐ)解还不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的(de)，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们(men)所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上(shàng)升(shēng)到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的相互作用则是不同的方式(shì)。对于在(zài)星系(xì)团之间的相互作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量(liàng)之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物理(lǐ)定(dìng)律(lǜ)进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是(shì)在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这(zhè)些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所没(méi)法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组(zǔ)成(chéng)，类(lèi)似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部(bù)分的(de)普(pǔ)通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当(dāng)中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星际(jì)气(qì)体的相互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急(jí)剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降(jiàng)低。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞(zhuàng加滕鹰是谁 加滕鹰是哪国)之(zhī)后，子弹星系(xì)团大部分(fēn)的质量将(jiāng)位于所有这些气(qì)体所在的中间区域。那么我们(men)通(tōng)过什么来验证(zhèng)它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太(tài)空望远镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明(míng)显地(dì)看(kàn)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(bìng)不是(shì)真的被(bèi)扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测(cè)者之间。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质(zhì)加滕鹰是谁 加滕鹰是哪国量的(de)东西的引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现象就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以当人们对子弹(dàn)星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中(zhōng)间，暗物质则(zé)直(zhí)接通过(guò)了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研(yán)究(jiū)也被认为(wèi)是暗物质存在(zài)的迄今为(wèi)止最好的(de)理论证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以畅(chàng)通无(wú)阻地穿越(yuè)在宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)空间背景上留下了(le)各相(xiāng)同性的微波辐射。其中红(hóng)色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科学(xué)家们通过对前(qián)景背(bèi)景(jǐng)分离后的二值图像进(jìn)行连通域提(tí)取和标记(jì)之(zhī)后(hòu)发(fā)现，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物质，图形看(kàn)起(qǐ)来不应(yīng)该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需要(yào)的(de)暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这(zhè)就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而暗物质的本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁(cí)作用，只通过引力来相互(hù)作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相当于(yú)找到了暗物质存在(zài)的(de)实际证据。这种粒子到底是什么？科学家们已(yǐ)经(jīng)提(tí)出了数十种(zhǒng)的假想目标，而(ér)要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要的实验方式也不(bù)相同。在(zài)过去的几十年(nián)当中(zhōng)，人(rén)类为了寻找(zhǎo)这些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗物(wù)质”，科学(xué)家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个(gè)地方，意大(dà)利的(de)格(gé)兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的(de)地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的(de)探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物(wù)质粒子的周期性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的(de)科学家声称(chēng)观(guān)测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年(nián)的(de)6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当(dāng)中每年都(dōu)是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现(xiàn)暗(àn)物质的第(dì)一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物(wù)质(zhì)会(huì)产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信(xìn)号(hào)呢？刚才(cái)我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那(nà)么(me)如果(guǒ)暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着(zhe)我们(men)也在以这样的(de)速度在穿越着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过(guò)程中(zhōng)会产(chǎn)生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时(shí)地球又以(yǐ)30公里/秒的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行(xíng)旋转。所以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太阳的方(fāng)向与太阳(yáng)环绕银河系(xì)的(de)方向是一致的，而另外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而在6月份(fèn)的(de)时候，地球(qiú)与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月(yuè)份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况(kuàng)中，太(tài)阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这(zhè)并不(bù)影响(xiǎng)这(zhè)个理论的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以(yǐ)用来解释，研究人员(yuán)们所观测到(dào)的周期性信号(hào)。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成(chéng)这种年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异也(yě)可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科(kē)学家(jiā)们又在南半(bàn)球建立了一个(gè)几乎相同(tóng)的(de)实验室(shì)，这(zhè)里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这里，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第一个实验(yàn)室是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里可以得到(dào)相同的信号(hào)，就可以成为暗物质(zhì)所(suǒ)存在的非(fēi)常有力的证据了(le)。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以截至目前(qián)还(hái)无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一个关键的用途就是探索暗物质(zhì)背后的奥(ào)秘，对于探测的结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中(zhōng)心(xīn)的科学家丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极(jí)有可能拥有另一种神(shén)秘的效(xiào)应，这种暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会(huì)不会(huì)意(yì)味(wèi)着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当(dāng)中某个角落的行星上(shàng)，暗物质(zhì)正(zhèng)在(zài)通过这样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物质到底存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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