宇宙是“人为(wèi)制造”的？为何(hé)会存(cún)在(zài)科学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗物质存在的证(zhèng)据，科学家们在过去的几(jǐ)十年当(dāng)中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是(shì)却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证(zhèng)据。除(chú)了一个地方，在(zài)1687年出版的自然哲学数学原理一书中(zhōng)，埃萨(sà)克(kè)牛顿发表了万(wàn)有引力定(dìng)律，它揭(jiē)示(shì)了宇(yǔ)宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当天文学家(jiā)们发现某(mǒu)些天体运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他(tā)们就会知(zhī)道，周(zhōu)围一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且(qiě)发现了海王星(xīng)的存(cún)在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是(shì)应用万有引力定律所取得重大(dà)天文成就(一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思jiù)的例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是(shì)星团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里茨兹威基正在研(yán)究和测量后发星(xīng)系团的质量。这(zhè)是一(yī)个由(yóu)数千个星系所组成的(de)巨(jù)大星系团，这些星(xīng)系(xì)被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方(fāng)法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范(fàn)围。

第(dì)一种(zhǒng)是(shì)获得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利用光谱红(hóng)移(yí)测量(liàng)星系(xì)团中的各个(gè)星系相对于星(xīng)系团的运(yùn)动速(sù)度。当测(cè)量结果出来之(zhī)后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟(jìng)然(rán)是“光度学质量”的(de)400倍(bèi)。这意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质(zhì)量(liàng)消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量(liàng)并(bìng)不以可见光的形式(shì)所存在，我(wǒ)们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是，在(zài)测量速度的过程中，兹威基发(fā)现星系(xì)团中很多星系的速度(dù)比理论上(shàng)要(yào)快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们(men)束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛(pāo)出星系团(tuán)之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的(de)力量(liàng)在起(qǐ)作用，这种力(lì)量来源于某(mǒu)种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了这样(yàng)部(bù)分不可见的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙中绝大(dà)部分的(de)质量。只(zhǐ)是(shì)当时的(de)人(rén)们对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾(gù)。

直(zhí)到(dào)40年(nián)之后，“暗(àn)物质”这个词才再(zài)一次出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中(zhōng)的恒星运动。理论上来说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星(xīng)在其(qí)轨道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结果(guǒ)却让人(rén)感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的(de)增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星(xīng)系(xì)当中(zhōng)如果没有足够大的质量(liàng)来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些(xiē)外围(wéi)的恒(héng)星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这种现一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及在(zài)Y轴上(shàng)气体的旋转速度(dù)。如果出现异常(cháng)的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们通过射电望远镜测量(liàng)了(le)距离星系中心更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速度并不符合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太(tài)阳系位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬(xuán)臂(bì)之(zhī)上，距离(lí)银(yín)河(hé)系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际(jì)上(shàng)，太阳系正在(zài)以220千米(mǐ)/秒的(de)速度围(wéi)绕银(yín)河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速(sù)度，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在(zài)着一种我(wǒ)们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引力(lì)效(xiào)应(yīng)将星系聚集在了一起。

也(yě)是从这时(shí)开始，越来(lái)越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗物质的(de)存在。科(kē)学家(jiā)根(gēn)据(jù)星系(xì)外恒星轨道的速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的(de)原(yuán)因(yīn)。在(zài)一项新的(de)研(yán)究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的(de)遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度上(shàng)的微小差异。另(lìng)外，天(tiān)文学家还发现(xiàn)了一个反常的星(xīng)系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系距离地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系(xì)的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必(bì)须存在(zài)暗物质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们(men)使用最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个(gè)小(xiǎo)时的详细测量之后，发现星系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大(dà)星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没(méi)有任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物(wù)质的假说之外，另一种可能就是(shì)人类对引力的理解还不够全面，引力很可能在不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度(dù)中的天(tiān)体会沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相互(hù)作用则是不(bù)同的方式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学(xué)家(jiā)还(hái)引入了外(wài)部场效应的概念(niàn)，指的是(shì)在(zài)数百(bǎi)万光年的规(guī)模上(shàng)，巨(jù)大的质量之间会产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理(lǐ)论成(chéng)立，这(zhè)意味着我们需要对现(xiàn)在的物(wù)理定律进行修正，这些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗物质(zhì)存在(zài)的其(qí)他的理论(lùn)证据，这些理论证据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没(méi)法解释的(de)“引力透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系团所(suǒ)组成，类似这(zhè)样的(de)星(xīng)团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的(de)时候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就(jiù)会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量(liàng)将(jiāng)位于所有这些气体所在的中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们(men)通过什么来验证它(tā)的质(zhì)量区域(yù)到底是(shì)不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望远镜传(chuán)回了宇宙当中第一张全彩的高清照片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可(kě)以明显地看到(dào)很多星(xīng)系似乎(hū)被(bèi)拉(lā)伸产(chǎn)生了巨大(dà)的(de)形变。其实这些星系本身(shēn)并不(bù)是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了(le)什么(me)问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个(gè)超(chāo)大(dà)质量的东西的(de)引(yǐn)力，会(huì)使身后更遥远星系的光(guāng)都发生(shēng)了扭曲。这个现象就是引力(lì)透镜(jìng)效(xiào)应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是(shì)超大质(zhì)量(liàng)的黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人(rén)们对(duì)子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最(zuì)好的(de)解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可被观测(cè)到的(de)质量气体被卡在了中间(jiān)，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了(le)这(zhè)个(gè)区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗(àn)物质存(cún)在的迄今为止最好的(de)理论证据。

除此之外，还(hái)有来自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古(gǔ)老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿(chuān)越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后(hòu)，这些(xiē)光(guāng)在宇宙空间背景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部(bù)分表(biǎo)示(shì)温度(dù)较(jiào)高的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际(jì)上它们之间的温(wēn)差只有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前景背(bèi)景(jǐng)分离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗(àn)物(wù)质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微(wēi)波背景辐射的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了(le)一个(gè)简单的(de)理(lǐ)论框架，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不(bù)同的(de)观测结(jié)果。而(ér)暗物质的(de)本质(zhì)就是宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不(bù)参与任(rèn)何其(qí)他(tā)的电磁作用，只通过引力(lì)来相(xiāng)互(hù)作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目(mù)标粒(lì)子所需要的(de)实验方式也不相同。在过去(qù)的几(一切后果自负是什么意思，不然后果自负是什么意思jǐ)十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次的实(shí)验，却没(méi)有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰萨(sà)索山，隶属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着(zhe)地球上最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家声称观测(cè)到了某种信号(hào)。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们发现了一个有(yǒu)趣的事(shì)情。探测率会(huì)在每年(nián)的6月份(fèn)达到峰值，然(rán)后在11月降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家(jiā)认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么(me)暗物质会产(chǎn)生(shēng)周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚(gāng)才我们讲了太阳系(xì)正在以(yǐ)220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进(jìn)行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流(liú)，这个过程中会产(chǎn)生相应(yīng)的振(zhèn)荡，同时(shí)地球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行(xíng)旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围绕(rào)太(tài)阳的方向(xiàng)与太阳(yáng)环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外半年则(zé)与之相反(fǎn)。

而在(zài)6月份的时(shí)候(hòu)，地球(qiú)与太阳(yáng)的(de)方向正(zhèng)好达到完全一致，这是理(lǐ)论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而在11月份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽(jǐn)管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论(lùn)的(de)有效性。

因此科学家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚至连意大(dà)利(lì)游客的数量也符合这(zhè)个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科学家们又(yòu)在(zài)南半(bàn)球建(jiàn)立了(le)一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的季节(jié)与之前的实验室正(zhèng)好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和第一个实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得(dé)到相同的信号，就可以成为暗物(wù)质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由(yóu)于这个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目前还无法提供相应的数(shù)据支持(chí)。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远镜(jìng)叫做“南(nán)希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的(de)用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物质背后的奥秘，对于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它们极有可(kě)能拥有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当中生命的诞(dàn)生，或(huò)者说是生命(mìng)进(jìn)化的一个重要因素(sù)。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙(zhòu)当中的暗物(wù)质会(huì)不(bù)会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某(mǒu)个角落(luò)的行星上，暗物质(zhì)正在(zài)通过(guò)这样的效(xiào)应创(chuàng)造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论的大前提(tí)是要先找到暗物质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的(de)支持(chí)是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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