宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人(rén)类(lèi)为了(le)寻找暗(àn)物质(zhì)存在的(de)证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的长期(qī)实验，但(dàn)是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自然哲学数(shù)学原(yuán)理一书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇(yǔ)宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百年来(lái)，当(dāng)天(tiān)文学(xué)家们发现某(mǒu)些天(tiān)体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会(huì)知(zhī)道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过引(yǐn)力在(zài)摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王(wáng)星的存在。另(lìng)外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都(dōu)是(shì)应用万有引力定律所取得重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但(dàn)是这些发(fā)现都(dōu)是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我(wǒ)们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度(dù)，事情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发(fā)星(xīng)系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系(xì)团，这些星系被引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测(cè)量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用到(dào)两种(zhǒng)方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获得其"光(guāng)度学(xué)的质量"，需要的数据是测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是利(lì)用光(guāng)谱红移(yí)测(cè)量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于(yú)星系团的运动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之后，兹(zī)威(wēi)基彻底懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这(zhè)意味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了(le)，或者说(shuō)这99%的(de)质量并不(bù)以可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异(yì)的是，在测(cè)量速度的过(guò)程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中很多(duō)星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生的(de)引力是无法(fǎ)将它们束缚(fù)在星系团内(nèi)的(de)，它们早就应该被抛出星(xīng)系团之外了，除非(fēi)有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹(zī)维基提(tí)出了这样部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是它们(men)却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样(yàng)的(de)一种(zhǒng)说(shuō)法不屑(xiè)一(yī)顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙(xiān)女座星系中的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢(màn)。但(dàn)是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇(yǔ)宙当中了(le)。基于这种现象，科学家(jiā)们会(huì)使用(yòng)一种相对(duì)标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是(shì)测量星(xīng)系当中气体在X轴上距离星系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴上气(qì)体的旋(xuán)转速度。如果(guǒ)出现异常的结果，就认为(wèi)是由暗(àn)物质的力(lì)量进(jìn)入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速(sù)度(dù)并不符合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之(zhī)上，距离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根(gēn)据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速(sù)度应(yīng)该是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河系旋转(zhuǎn)，这(zhè)个(gè)实际(jì)速(sù)度远远大于理(lǐ)论速度，那么产生以(yǐ)上这(zhè)种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因(yīn)很可(kě)能(néng)就是存在着一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物(wù)质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星轨道的速度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质(zhì)量占整个(gè)星系(xì)质量的85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没(méi)有引(yǐn)力效应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速度上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系不多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的恒星(xīng)数量却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的(de)详细(xì)测量之后，发现星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可(kě)以用(yòng)正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人提出(chū)，也许该星系的暗(àn)物质，已经(jīng)被附近的另(lìng)一(yī)个大(dà)星(xīng)系剥离了。奇怪的是(shì)，它(tā)的附近没有任何星系存在。造成这(zhè)些现象的除(chú)了暗黄鳝多了怎么保鲜存放 黄鳝冰箱半年可以吃吗物质(zhì)的假说之外，另一种(zhǒng)可能就是人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全面，引力很可能(néng)在不同尺度空间中(zhōng)的工作方(fāng)式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道(dào)，按(àn)照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但(dàn)是上升到星系和星团的尺度，引力之(zhī)间的(de)相互作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用(yòng)，科学家还引入(rù)了外部场效应(yīng)的(de)概念，指的是在数百万光年的规模上，巨大的质量(liàng)之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如(rú)果MOND蒙(méng)德(dé)理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在的(de)物理定(dìng)律进行修(xiū)正，这(zhè)些发现也让很多(duō)人认为暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于(yú)暗物质(zhì)存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些(xiē)理论(lùn)证(zhèng)据是蒙(méng)德理(lǐ)论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞(zhuàng)的时候(hòu)，星(xīng)际气体的相互作用就(jiù)会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降低。所以在理论上，在(zài)碰撞之后(hòu)，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它的质量区域(yù)到底是不是集中在中(zhōng)间呢(ne)？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看(kàn)到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生(shēng)了(le)巨大(dà)的形变。其实这些(xiē)星系本身并不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么(me)问题，而(ér)是这样极遥远的天(tiān)体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个(gè)质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的(de)引力，会使身(shēn)后更遥远星系(xì)的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的(de)天体可(kě)能是超大质量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人(rén)们(men)对子弹星系团观测的(de)时候，发现它的(de)大质量区域并不是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解释方(fāng)法就是当星团发生全部(bù)的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量(liàng)气体被卡(kǎ)在(zài)了中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过(guò)了这个区域(yù)，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系团的引力(lì)透镜研究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的(de)迄(qì)今为止(zhǐ)最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当(dāng)中最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的(de)部(bù)分表示温度较高(gāo)的区域，蓝(lán)色则(zé)表示相对较冷的区域(yù)，但(dàn)实际上它(tā)们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只有万(wàn)分之一(yī)。

科(kē)学家们通过(guò)对前景背景分离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而(ér)随着暗物(wù)质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字(zì)与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要(yào)的(de)暗物质比例是(shì)一致(zhì)的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解(jiě)释了很多不同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子(zi)，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的(de)电磁作用(yòng)，只通过(guò)引力(lì)来(lái)相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到(dào)了暗物质存在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什(shén)么(me)？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子所(suǒ)需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的(de)几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规物(wù)质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经(jīng)进行了(le)超过50次(cì)的实(shí)验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层(céng)楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一(yī)直致力(lì)于寻找暗物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号(hào)。经过了20多(duō)年的数据收(shōu)集，人们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份(fèn)达到峰(fēng)值(zhí)，然后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一(yī)样。一些科学家认为这(zhè)可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一个(gè)直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性的(de)年度信号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河(hé)系进行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以(yǐ)这样的速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物质(zhì)流(liú)，这个(gè)过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又以30公(gōng)里(lǐ)/秒(miǎo)的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在(zài)6月份的时候(hòu)，地球与太阳的方(fāng)向正(zhèng)好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上(shàng)地球(qiú)穿(chuān)越暗物质流最快的时(shí)段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在(zài)实际的情(qíng)况中，太(tài)阳系相对银河系的(de)平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但是这并不影响这(zhè)个(gè)理论的(de)有(yǒu)效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为(wèi)这可以用来(lái)解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然(rán)也(yě)可能(néng)有其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周期信号的差异也(yě)可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的数量也符合这个周期的规律。

所以(yǐ)，科学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(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而(ér)在这里，地球穿过暗物质(zhì)流的运动特征和第(dì)一(yī)个实(shí)验(yàn)室(shì)是一样的。

因此(cǐ)，如果在这里(lǐ)可以得到相同的信(xìn)号，就可以成(chéng)为暗物质(zhì)所存在的非常(cháng)有力的证据了(le)。但是由于这(zhè)个实验(yàn)室刚刚建成不久，所以截至目前还(hái)无法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器提(tí)供的视野是哈(hā)勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格(gé)雷斯(sī)罗曼太空望远镜其(qí)中(zhōng)一(yī)个关(guān)键的用途就(jiù)是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体物理中心的科学(xué)家(jiā)丹琥珀和(hé)贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质(zhì)存在，它们极有可能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重要因素。

如果这(zhè)一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个角落的行星(xīng)上，暗(àn)物质正(zhèng)在通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先(xiān)找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更(gèng)新的动(dòng)力！

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