宇(yǔ)宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学无法(fǎ)解(jiě)释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人(rén)类为了寻(xún)找暗物质存在(zài)的证(zhèng)据，科学家们(men)在过去(qù)的(de)几十年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期(qī)实(shí)验，但(dàn)是却没有发(fā)现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几(jǐ)百年来(lái)，当(dāng)天文学家(jiā)们发(fā)现某些(xiē)天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合万有引力定律的时(shí)候，他们(men)就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的(de)轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星(xīng)、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应(yīng)用万有引力(lì)定律(lǜ)所(suǒ)取得重(zhòng)大天文成就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星系或者(zhě)是星团(tuán)的尺度，事情就开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的(de)质(zhì)量。这是(shì)一(yī)个由(yóu)数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量星系团(tuán)的质量(liàng)一般会使(shǐ)用到(dào)两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以(yǐ)确定其质(zhì)量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星(xīng)系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力学质量(liàng)的计算，是利(lì)用光谱红移(yí)测(cè)量星系团(tuán)中的各个(gè)星系(xì)相对(duì)于星系团的(de)运动(dòng)速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了，“动力学(xué)质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意(yì)味着，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质(zhì)量(liàng)消失(shī)了，或者说这99%的(de)质量并不以可(kě)见光的形式所存在，我(wǒ)们无(wú)法看(kàn)到。最诡异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比(bǐ)理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律，仅靠这些可见星系的质量(liàng)所产生的引力(lì)是无法将它(tā)们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出(chū)星(xīng)系(xì)团之外了(le)，除非有一种神秘的力(lì)量在起作用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散(sàn)光、吸光、反射(shè)光，但是它们却占据(jù)着宇宙中绝大部分的质量(liàng)。只是(shì)当时(shí)的人们对这样的(de)一(yī)种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之后，“暗物质”这个词才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中(zhōng)的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来说，距(jù)离中心(xīn)越远的恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行速(sù)度就(jiù)会越(yuè)慢(màn)。但是他们观测的结果却(què)让人感到不可(kě)思议。

随着与中心(xīn)距离的(de)增加，恒星(xīng)的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎(hū)保持不变。可是根据(jù)牛顿的(de)万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星系当中如(rú)果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种(zhǒng)相(xiāng)对(duì)标准(zhǔn)的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是(shì)测量(liàng)星(xīng)系当中气(qì)体在X轴(zhóu)上距(jù)离(lí)星系中心的距离(lí)，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转(zhuǎn)速(sù)度。如果出现异常的结果，就(jiù)认(rèn)为(wèi)是由暗(àn)物质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距离五大洋还是四大洋 南大洋中国承认了吗的氢(qīng)元素，发现它(tā)们的旋(xuán)转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳(yáng)系(xì)位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根(gēn)据万有引力定(dìng)律(lǜ)进行计算(suàn)，太(tài)阳系的运行速度应该(gāi)是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个实际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以(yǐ)上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就是存在着一种我们看不到的物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在(zài)了一(yī)起。

也是从(cóng)这时开始，越来(lái)越多的研究人员开始相(xiāng)信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度(dù)，估算在(zài)星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一可(kě)以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发现(xiàn)，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的遥远恒(héng)星(xīng)之间，也会(huì)出现速度上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球大(dà)约2.5亿光年(nián)，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星(xīng)系当中(zhōng)存在的恒星数量却(què)只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科(kē)学家(jiā)们使用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中的恒星(xīng)运动是可以(yǐ)用正常的(de)物质和力学定律(lǜ)来解释的。那(nà)么(me)又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附近的另一个大(dà)星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造(zào)成这些现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就是人类对引力的(de)理解还不够全面，引力很可能(néng)在不同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所(suǒ)理解的方式运动。但(dàn)是上升(shēng)到(dào)星系和星团的尺度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同的方(fāng)式(shì)。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上，巨大的质(zhì)量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立(lì)，这意味(wèi)着(zhe)我们需要(yào)对现在(zài)的(de)物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终(zhōng)结。但是在宇(yǔ)宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其他的理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜(jìng)”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候，星(xīng)际气体的(de)相(xiāng)互作用就会(huì)导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速度大幅降低。所以在理(lǐ)论上(shàng)，在碰撞之后(hòu)，子弹星(xīng)系团大部分的质量将位于所有(yǒu)这些气体所在的(de)中间区域(yù)。那么我们通过(guò)什么(me)来验证它的质量区(qū)域(yù)到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高清照(zhào)片，在照片(piàn)中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变(biàn)。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什(shén)么(me)问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天(tiān)体和(hé)我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个超大质(zhì)量的(de)东西的引力，会使身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光都发生(shēng)了(le)扭(niǔ)曲(qū)。这(zhè)个(gè)现象就是引力(lì)透镜(jìng)效应。这个巨大的天体(tǐ)可能是(shì)超大质量的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们(men)对(duì)子弹(dàn)星系团观(guān)测的(de)时候(hòu)，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当(dāng)星(xīng)团发生全部(bù)的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了(le)这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透(tòu)镜。对子弹星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认为(wèi)是暗(àn)物质存在(zài)的迄今(jīn)为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的(de)光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年(nián)之后，可(kě)见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间(jiān)背景(jǐng)上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表示温度较(ji五大洋还是四大洋 南大洋中国承认了吗ào)高的区域(yù)，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的(de)区域(yù)，但实(shí)际上(shàng)它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分之一。

科(kē)学(xué)家们通过(guò)对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行连通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形看起来不(bù)应该是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一(yī)些峰(fēng)值的幅度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量值，我(wǒ)们(men)需(xū)要的(de)暗(àn)物质(zhì)大约是普通物质的(de)5倍。这个数字(zì)与解释星系(xì)当中恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释(shì)了(le)很多不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物质的本质就是(shì)宇(yǔ)宙当中存在着某种类型的粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何其他的电磁作用(yòng)，只(zhǐ)通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用(yòng)。所以如果能够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家(jiā)们已经提出了数十种的假想目标(biāo)，而要(yào)寻找这些(xiē)不同的目标粒子所需要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些看不见、摸(mō)不到，几乎不(bù)会与常规(guī)物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家们已(yǐ)经(jīng)进行了超过(guò)50次的(de)实验，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处(chù)的(de)地下矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地(dì)球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三(sān)层楼高的探(tàn)测(cè)器(qì)，一直(zhí)致(zhì)力(lì)于(yú)寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里的(de)科(kē)学家(jiā)声称观测到(dào)了(le)某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会在每(měi)年的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降到最低(dī)，而且在(zài)20年当中每(měi)年都是一样。一些科学家(jiā)认为这可能(néng)是人类发(fā)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(zhōu)期性(xìng)的(de)年度(dù)信号呢？刚才我们(men五大洋还是四大洋 南大洋中国承认了吗)讲了太阳(yáng)系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河(hé)系进行移(yí)动，那么如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在(zài)以这样(yàng)的速度在(zài)穿越(yuè)着暗物质流，这个(gè)过(guò)程(chéng)中会产生相应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太(tài)阳(yáng)进行(xíng)旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太阳环绕银河系的方向是一致的，而(ér)另外半(bàn)年(nián)则与之相(xiāng)反(fǎn)。

而在6月份(fèn)的时候，地球与太阳的方向(xiàng)正好达(dá)到完全(quán)一致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流(liú)最快的时段。而在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的(de)平面呈(chéng)现了60度的倾斜，但是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员们(men)所观测到的(de)周期性信号(hào)。当然也可(kě)能(néng)有(yǒu)其他的情况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的(de)差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游(yóu)客的数量也(yě)符合这个周期(qī)的规律。

所以，科学家们又在南半球(qiú)建立了一个(gè)几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的季(jì)节(jié)与(yǔ)之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一(yī)个实验室是一样的。

因此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就可(kě)以成为暗物质(zhì)所存在的(de)非常(cháng)有力的(de)证据了。但(dàn)是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截(jié)至目前还(hái)无法提供(gōng)相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新的望远镜，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪(yí)器提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空望远镜(jìng)其中一个关键的用途就是(shì)探索暗物(wù)质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以(yǐ)待了(le)。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发(fā)现(xiàn)，如果(guǒ)暗物(wù)质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物(wù)质(zhì)效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论(lùn)得到进一步(bù)的证实，那么遍(biàn)布宇宙当(dāng)中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并(bìng)不孤单呢(ne)？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样的效应(yīng)创造(zào)生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找(zhǎo)到暗物质存在的实际证据。那么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得(dé)暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢(huān)请点赞(zàn)，你的支持是我更新的动力！

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