宇宙是“人为制造”的？为何会存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟(jìng)是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在过去(qù)的几(jǐ)十年当(dāng)中进行了超过50次(cì)的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定(dìng)律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力(lì)在摄(shè)动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且发(fā)现了海王星的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应用万有(yǒu)引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成就的(de)例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可(kě)当(dāng)我们(men)上升到星(xīng)系(xì)或者是星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究(jiū)和测量后发星系团的(de)质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个星系所组成的巨大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量一般会使用(yòng)到两种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质(zhì)量的范(fàn)围。

第一(yī)种是获得其"光度学的质量"，需要的数(shù)据是测量各(gè)个星(xīng)系的光度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的各(gè)个(gè)星(xīng)系相(xiāng)对于(yú)星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了(le)，“动力学质量”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味(wèi)着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法看到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系团(tuán)中(zhōng)很多星(xīng)系(xì)的速(sù)度比理论(lùn)上要快得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动(dòng)学定律，仅靠这些可见星系的质(zhì)量(liàng)所产生的引力是无法将它们(men)束(shù)缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应(yīng)该被抛出星系团之外了，除非有一种(zhǒng)神秘(mì)的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分不可(kě)见的暗(àn)质，它不发散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据(jù)着宇(yǔ)宙中绝(jué)大部分的质量。只是当时的(de)人们对这样的一(yī)种说(shuō)法(fǎ)不屑(xiè)一顾(gù)。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现(xiàn)。天(tiān)文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论(lùn)上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他们(men)观(guān)测的结果却让人感(gǎn)到不可(kě)思议。

随(suí)着(zhe)与中心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持不变(biàn)。可(kě)是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律，在星系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学家们会使用一种相(xiāng)对标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在(zài)，这种方法就是(shì)测(cè)量星系当中气体在X轴上距离星系中心的(de)距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学家们通过射电望远镜测量了距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发(fā)现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不(bù)例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距(jù)离银(yín)河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的(de)运行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的速(sù)度围绕银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理论速度，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种(zhǒng)向心加速度(dù)的(de)原因很可能就是存在着一(yī)种我们看不(bù)到(dào)的(de)物(wù)质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的(de)研(yán)究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道(dào)的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗物质(zhì)并(bìng)不(bù)是唯一可(kě)以解释这(zhè)个(gè)现象的(de)原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当(dāng)中(zhōng)，科学家们(men)发现，几乎(hū)没有(yǒu)引力效应的遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银河系(xì)不(bù)多(duō)，但是(shì)星系当中存在的恒(héng)星数量却只有银河系的(de)千(qiān)分之一(yī)。

所以(yǐ)在理论上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物(wù)质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远镜(jìng)对其进行了40个小时的(de)详(xiáng)细测量之后，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动是可以用正常(cháng)的物质和力(lì)学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会沿着(zhe)它(tā)们的轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到(dào)星系和星团的(de)尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互作用则是不同(tóng)的方式(shì)。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的相互作用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大的质量之(zhī)间(jiān)会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个理(lǐ)论(lùn)叫(jiào)做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理定律进行(xíng)修正(zhèng)，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认(rèn)为暗物质(zhì)假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙(zhòu)当(dāng)中还(hái)有关(guān)于(yú)暗物(wù)质存在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径向(xiàng)距(jù)离为(wèi)37亿光年(nián)的子弹星(xīng)系团，由两个(gè)碰撞的(de)星(xīng)系团所组成，类似这样(yàng)的星团(tuán)，它们大部分的普(pǔ)通质量都在星系的气体(tǐ)当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气(qì)体的相互作用(yòng)就会导致温度的急剧升(shēng)高，速度大(dà)幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通过什么来(lái)验证它(tā)的(de)质量区(qū)域到(dào)底(dǐ)是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜(jìng)传回(huí)了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在(zài)照片中我们可以明显地看到(dào)很(hěn)多星系似乎(hū)被拉伸产生了巨大的(de)形变。其实(shí)这些星系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲(qū)了，也不(bù)是韦伯望远镜出了什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们(men)地球上的观(guān)测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量(liàng)的(de)东西(xī)的引(yǐn)力，会(huì)使身后更(gèng)遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发(fā)生了扭曲(qū)。这个(gè)现象就(jiù)是引力(lì)透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质(zhì)量(liàng)的黑(hēi)洞或者是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系(xì)团观(guān)测的时(shí)候(hòu)，发(fā)现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是(shì)在中间，而是(shì)在两侧。所以最好的解释方法就是当星团发生全部(bù)的碰撞时(shí)，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中间(jiān)，暗物(wù)质则直接通(tōng)过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团(tuán)的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存在(zài)的(de)迄今为止最好(hǎo)的(de)理论证据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了(le)各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区(qū)域，但(dàn)实际(jì)上它们之间(jiān)的温(wēn)差(chà)只有万分之一。

科学家(jiā)们通(tōng)过对前景背景分(fēn)离后的二值图像进行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一(yī)些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测(cè)量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是(shì)普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系(xì)当中恒星运(yùn)动(dòng)所需要的暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存(cún)在着某种类型的(de)粒子，它们不参(cān)与任何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如(rú)果能够找到本番什么意思 日语里本番什么意思(dào)这种粒(lì)子的存在，就相当于(yú)找到了暗物质存(cún)在的(de)实际证(zhèng)据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科(kē)学家们已经提出了数(shù)十(shí)种的假想(xiǎng)目标，而要寻找这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实(shí)验方式也不相同。在(zài)过(guò)去的几(jǐ)十年当中，人(rén)类为(wèi)了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗(àn)物(wù)质”，科学(xué)家(jiā)们(men)已经进行了(le)超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶(lì)属于(yú)阿(ā)尔卑斯山(shān)脉。

在山下1400米处的(de)地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最(zuì)大的地学实验(yàn)室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼(lóu)高的探测器，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质(zhì)粒(lì)子(zi)的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测(cè)到了(le)某种(zhǒng)信(xìn)号(hào)。经过(guò)了20多年的(de)数据收集(jí)，人们发现了一个(gè)有趣的事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到(dào)峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中(zhōng)每年都是(shì)一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第(dì)一个直接证据(jù)。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会(huì)产生周期性的年度信号呢？刚(gāng)才我们(men)讲了太(tài)阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行移动，那么如果暗物(wù)质(zhì)存在宇宙当中，这(zhè)意(yì)味着我们也在(zài)以这(zhè)样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物(wù)质流(liú)，这个(gè)过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振荡，同时地球(qiú)又以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳进(jìn)行旋转。所(suǒ)以有半(bàn)年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时(shí)候，地(dì)球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论上地球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时(shí)段。而在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对(duì)银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)的有(yǒu)效性。

因(yīn)此科学家认为这可(kě)以(yǐ)用来解释，研究人员们所(suǒ)观测(cè)到的周期性信号。当然(rán)也可(kě)能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这(zhè)种年度周期(qī)信号的差异也可能是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚至(zhì)连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)球建立了一个几乎相(xiāng)同(tóng)的实验室，这里(lǐ)的季(jì)节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而(ér)在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运动特(tè)征和第(dì)一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前还无(wú)法提供相(xiāng)应的数(shù)据(jù)支持。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的宽视(shì)场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍(bèi)。南希(xī)格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对(duì)于探(tàn)测(cè)的(de)结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米实验室粒子(zi)天体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗物质存(cún)在，它(tā)们极有可能拥有另一种神(shén)秘的效应，这种暗物质(zhì)效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步(bù)的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当(dāng)中(zhōng)某个角(jiǎo)落的行星上，暗物质(zhì)正在通过这样的效(xiào)应创造生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请点赞，你的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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