宇宙是(shì)“人为(wèi)制造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物质存(cún)在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进行了(le)超过50次(cì)的(de)长(zhǎng)期实验，但是却没有发现任何的(de)有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方(fāng)，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇(yǔ)宙中天体运(yùn)动的(de)规律(lǜ)。往后的几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体运(yùn)行轨道出现异常，不(bù)符合(hé)万有引力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就(jiù)会知道，周围一定有未知的天体通过(guò)引(yǐn)力在摄动它的(de)轨道。比如(rú)在(zài)1846年，奥本勒维耶就(jiù)通过天(tiān)王星运行轨道的异(yì)常(cháng)，推(tuī)算(suàn)并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王(wáng)星的(de)发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺度当中，可当我(wǒ)们上(shàng)升(shēng)到星系或(huò)者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威(wēi)基正(zhèng)在研究和测量(liàng)后发星系团的(de)质量。这(zhè)是(shì)一个由数(shù)千(qiān)个星系(xì)所组(zǔ)成的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚在(zài)一起。测(cè)量(liàng)星系团(tuán)的(de)质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使(shǐ)用(yòng)到两(liǎng)种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可(kě)以确定其(qí)质量的(de)范围。

第一(yī)种是(shì)获得其(qí)"光(guāng)度学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是(shì)测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团中的各个(gè)星系相对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速度。当(dāng)测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说(shuō)这99%的质量并不以可见光的形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最诡异的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发(fā)现星系(xì)团中很多星(xīng)系(xì)的速度(dù)比理论上要快得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可(kě)见星系(xì)的质(zhì)量所(suǒ)产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束(shù)缚在(zài)星系团内的，它们早就应(yīng)该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的人们对这样的不朽的意思(de)一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质”这个词才再一(yī)次出(chū)现。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行速度就会越慢。但是他(tā)们观测的结(jié)果却让人感到不(bù)可思议(yì)。

随着与(yǔ)中心距离(lí)的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些(xiē)外围的恒星(xīng)早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心(xīn)的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的力(lì)量进入(rù)其中。

于是科学(xué)家们通过(guò)射电望远镜测量了距离星(xīng)系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度(dù)并不符(fú)合(hé)牛顿的力学(xué)定律(lǜ)。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根(gēn)据万有引力(lì)定律(lǜ)进行计算，太(tài)阳系的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以(yǐ)220千米/秒的速(sù)度围绕银河系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远(yuǎn)远(yuǎn)大于理论速度，那么产生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度的原因很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不到的物(wù)质，是(shì)这些暗物质(zhì)的(de)引力效应将星系聚集在了一(yī)起(qǐ)。

也是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的(de)研(yán)究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物(wù)质(zhì)的存在。科学家根(gēn)据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星(xīng)系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯(wéi)一可(kě)以解释这个现象的原因(yīn)。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学(xué)家们发现(xiàn)，几乎没有引力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河系不多(duō)，但是星系(xì)当中存在的恒(héng)星(xīng)数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使用(yòng)最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了40个小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测(cè)量(liàng)之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系(xì)中的恒星(xīng)运动是(shì)可(kě)以用正常的(de)物(wù)质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经(jīng)被附近(jìn)的另一个大星系(xì)剥离了(le)。奇怪的是，它的附近没有(yǒu)任(rèn)何星(xīng)系存在。造(zào)成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说之外，另(lìng)一(yī)种(zhǒng)可能就是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的(de)理解(jiě)还(hái)不(bù)够全面，引力很(hěn)可能在不同尺度空间中的(de)工作方式是不(bù)同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体会沿着它(tā)们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理(lǐ)解的(de)方(fāng)式运动。但是上升到(dào)星(xīng)系(xì)和星(xīng)团的尺度，引力之间的相互作(zuò)用则是(shì)不同的方式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的是在数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的效(xiào)果，这(zhè)个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修(xiū)正，这些发(fā)现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中(zhōng)还有关(guān)于(yú)暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论证据是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星系(xì)团，由两个碰撞的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这(zhè)样的星团，它们大部分的普通质量都在星(xīng)系的(de)气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就(jiù)会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低(dī)。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我(wǒ)们通过什么来验(yàn)证它的质(zhì)量区域到底(dǐ)是不是集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看(kàn)到很(hěn)多星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些星系(xì)本身并不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什(shén)么(me)问题(tí)，而是这样极(jí)遥(yáo)远的天体(tǐ)和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被一个质量超级巨(jù)大的(de)天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了(le)扭曲(qū)。这个现象就是引(yǐn)力透(tòu)镜效应(yīng)。这(zhè)个巨大(dà)的(de)天(tiān)体可能是超大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团(tuán)观测的时候，发现它的(de)大质量区域(yù)并不是在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方(fāng)法就是(shì)当星团发生全部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间(jiān)，暗物质则(zé)直接(jiē)通过了这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究(jiū)也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是(shì)暗物质存在的(de)迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外(wài)，还(hái)有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙(zhòu)大爆炸开始，38万年(nián)之后(hòu)，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后(hòu)，这些光在(zài)宇宙(zhòu)空间背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的部分表(biǎo)示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前(qi不朽的意思án)景背景分(fēn)离后的二值图像进行连通域(yù)提(tí)取(qǔ)和标记之后发现，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应(yīng)该是这样的，而随(suí)着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小(xiǎo)，才(cái)变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙微(wēi)波背景辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动(dòng)所需要的暗物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了一个简单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很(hěn)好地解释了很(hěn)多不同(tóng)的观(guān)测结果(guǒ)。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何(hé)其他(tā)的(de)电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互(hù)作用(yòng)。所以如(rú)果能够找到这种粒子的存在，就相当于找不朽的意思到了暗物(wù)质存(cún)在的实际证据。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要寻找这些(xiē)不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去(qù)的几十年当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸(mō)不到(dào)，几乎不会与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用(yòng)的(de)“暗物(wù)质(zhì)”，科(kē)学家们(men)已(yǐ)经进行了超(chāo)过50次(cì)的(de)实验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一个地方，意大利的(de)格兰萨索山(shān)，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑(bēi)斯(sī)山脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最大的(de)地学实验室(shì)，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器，一直致力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了(le)某种(zhǒng)信号。经过了20多(duō)年的数据收集，人们(men)发现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在每年的(de)6月(yuè)份达到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且(qiě)在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为什么(me)暗物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在(zài)以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银(yín)河系进行(xíng)移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越着(zhe)暗物质流，这个过程中会产生(shēng)相应(yīng)的(de)振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕(rào)太(tài)阳进行旋(xuán)转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河(hé)系的(de)方向是一(yī)致的，而另外半年则与之(zhī)相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球与太阳的方向正好达(dá)到(dào)完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗物(wù)质流(liú)最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰(qià)好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这个理(lǐ)论的有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可以用(yòng)来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到(dào)的(de)周期性信号。当然(rán)也(yě)可能有其(qí)他的(de)情况，造成这种年度周期信号(hào)的差异也可(kě)能是温度(dù)、湿度(dù)、土壤中的水分、高(gāo)山上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实(shí)验室正好相反，而在(zài)这(zhè)里(lǐ)，地球(qiú)穿过暗物质流(liú)的(de)运(yùn)动特(tè)征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因(yīn)此，如(rú)果在(zài)这里可(kě)以得到相同的信号，就(jiù)可以成为暗物质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野是(shì)哈勃(bó)红外仪器的(de)100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜(jìng)其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥(ào)秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目以待了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生(shēng)命(mìng)的诞生(shēng)，或(huò)者说是生命进化的一个重要因(yīn)素(sù)。

如果(guǒ)这一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会(huì)意味着(zhe)人类并(bìng)不孤单呢？或(huò)许在宇宙当中(zhōng)某个角落的(de)行(xíng)星(xīng)上，暗物(wù)质正在通过这样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大前提是(shì)要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢(ne)？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新的动力(lì)！

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