宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法(fǎ)解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了(le)一个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然(rán)哲学数(shù)学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的几百年来，当(dāng)天文学家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行轨道出(chū)现异常，不符(fú)合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常(cháng)，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律所取得(dé)重大天(tiān)文(wén)成(chéng)就(jiù)的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年(nián)，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团(tuán)的质(zhì)量。这是一个由(yóu)数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质量(liàng)的范围(wéi)。

第一种是获得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据(jù)是测量各(gè)个星系的(de)光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量的(de)计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系(xì)团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者说这99%的质量(liàng)并不(bù)以可见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在(zài)测量速(sù)度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这些可(kě)见(jiàn)星系(xì)的(de)质量所产(chǎn)生的引力是(shì)无法将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团(tuán)内的，它们早(zǎo)就应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神(shén)秘的(de)力量在起作用，这种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这样部(bù)分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是它们却占据着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的一(yī)种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出现。天文(wén)学(xué)家维拉鲁宾和肯特福特在观测仙女座(zuò)星系中的(de)恒(héng)星运动。理论上来说，距离中(zhōng)心越(yuè)远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的(de)运(yùn)行速度就(jiù)会越(yuè)慢。但是(shì)他们观测(cè)的(de)结(jié)果却让人感到(dào)不可思议。

随着与中心距离(lí)的增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的(de)万有引力(lì)定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有(yǒu)足够大的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在(zài)，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心(xīn)的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气(qì)体的旋转(zhuǎ浴资都包括什么 浴资是门票吗n)速(sù)度。如果出现异(yì)常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距离星系(xì)中心(xīn)更远(yuǎn)距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不(bù)符合牛顿的力学(xué)定律。我们的(de)太阳(yáng)系也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之上，距离银河系(xì)中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有引(yǐn)力(lì)定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系(xì)的运(yùn)行速(sù)度(dù)应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实际速度(dù)远(yuǎn)远大于理论速度(dù)，那(nà)么产(chǎn)生以上这(zhè)种向心加速度的原(yuán)因(yīn)很(hěn)可能就是(shì)存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些(xiē)暗物质(zhì)的引力(lì)效应将(jiāng)星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从(cóng)这时开始(shǐ)，越来越多的(de)研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星系当(dāng)中(zhōng)暗(àn)物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个现象的原因。在一项新的研究(jiū)当中，科(kē)学家们发现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的遥(yáo)远恒星之间，也会出现速(sù)度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现(xiàn)了一个(gè)反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系(xì)距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却只有银(yín)河系的(de)千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系(xì)必(bì)须存在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分(fēn)崩(bēng)离析(xī)。但是科(kē)学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其(qí)进(jìn)行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力学定律来解释的。那(nà)么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离了。奇(qí)怪(guài)的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星系(xì)存在(zài)。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质(zhì)的假说之外，另一种可(kě)能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的(de)理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这(zhè)意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我们所(suǒ)理(lǐ)解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升到星(xīng)系和星团的尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相(xiāng)互作用则(zé)是(shì)不(bù)同的方式。对于(yú)在(zài)星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了外部场效应的概念，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙德(dé)理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人(rén)认为暗物质(zhì)假(jiǎ)说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在(zài)宇宙当中还有关于(yú)暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据(jù)，这(zhè)些理论(lùn)证据是(shì)蒙德理论所没法解释的(de)“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距离为37亿(yì)光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中。当星团以1000万公(gōng)里/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大(dà)部分的质量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域(yù)到底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太(tài)空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张(zhāng)全彩的高清照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显地看(kàn)到(dào)很多星系似乎被拉(lā)伸产(chǎn)生了(le)巨大(dà)的形(xíng)变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天(tiān)体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的(de)引力，会使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当(dāng)人们对(duì)子弹星系团观测(cè)的(de)时候，发现它的(de)大(dà)质量区域(yù)并不(bù)是在中间，而是(shì)在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就是当星团发生全部的碰撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体(tǐ)被卡(kǎ)在了中间，暗物质则直(zhí)接通(tōng)过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜(jìng)。对(duì)子弹星系团的引力透(tòu)镜研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物(wù)质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除(chú)此之(zhī)外，还有来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间背景上(shàng)留(liú)下(xià)了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部(bù)分表示温(wēn)度较高的区域，蓝(lán)色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分(fēn)之一(yī)。

科(kē)学家们通过对前景背景分离后的二值图(tú)像进行(xíng)连通域(yù)提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的(de)增加，一些(xiē)峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微波背(bèi)景辐射的测(cè)量值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质的5倍。这个(gè)数字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的(de)暗物质比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地(dì)解释了(le)很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某(mǒu)种类型的粒(lì)子，它们不参与任何其他的电磁作用(yòng)，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在(zài)，就(jiù)相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的实际证(zhèng)据。这(zhè)种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不(bù)同(tóng)的目标粒子所需(xū)要(yào)的(de)实验(yàn)方式也不相同。在(zài)过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不见(jiàn)、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会(huì)与(yǔ)常规(guī)物质相(xiāng)互(hù)作用的“暗物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没(méi)有任(rèn)何实质性的发现，除了一个地方，意大利的(de)格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米处的地下(xià)矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三(sān)层楼(lóu)高(gāo)的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们(men)发现了(le)一个有趣的(de)事情。探测率会(huì)在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰值，然后在11月降到最低，而(ér)且在(zài)20年当中每(měi)年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物(wù)质(zhì)的(de)第一个(gè)直接证据。

但是为什(shén)么(me)暗物(wù)质会(huì)产生(shēng)周期性的年(nián)度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围(wéi)绕着银(yín)河(hé)系进行移动，那(nà)么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我们也(yě)在(zài)以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程中会产生相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地(dì)球(qiú)又以30公里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度(dù)围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地(dì)球与(yǔ)太阳的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗(àn)物质(zhì)流最快的时(shí)段。而在11月份，又(yòu)恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太阳系相对银河系的(de)平面呈(chéng)现(xiàn)了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来解(jiě)释，研究(jiū)人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号。当然也可能有其他(tā)的情况，造成这种(zhǒng)年度周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量也(yě)符合(hé)这个周(zhōu)期(qī)的规律。

所以(yǐ)，科学家们(men)又(yòu)在南半球(qiú)建立了(le)一个几乎相同的实(shí)验室，这(zhè)里的季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿(chuān)过(guò)暗物质流(liú)的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样的(de)。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的(de)信号，就可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存(cún)在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚(gāng)建(jiàn)成不(bù)久，所以截至(zhì)目前还(hái)无法提供相(xiāng)应(yīng)的(de)数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希(xī)格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器(qì)提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一个关(guān)键的用(yòng)途就是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了(le)。费(fèi)米实验室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯特芬(fēn)研究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种(zhǒng)暗物(wù)质效应，会(huì)支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的(de)一个(gè)重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的暗物质会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个(gè)角落的行星上(shàng)，暗(àn)物质正在(zài)通(tōng)过这(zhè)样的(de)效应创造(zào)生命。当(dāng)然，这(zhè)些推论的大前提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们(men)觉得暗(àn)物质(zhì)到底存(cún)不存在呢？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的支持是我更新(xīn)的动力！

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