宇宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗物质又究竟(jìng)是什(shén)么？人类为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过去的(de)几十(shí)年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但(dàn)是却没有发现任何的有效证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年出(chū)版的自然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克牛(niú)顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运(yùn)行轨道出现异常，不符合万有引力定律的(de)时候，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体(tǐ)通过(guò)引(yǐn)力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天(tiān)王星运行轨(guǐ)道的(de)异(yì)常，推算并(bìng)且(qiě)发现了海王星(xīng)的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得(dé)重大天文成就的例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺(chǐ)度当中，可当我(wǒ)们上升到(dào)星系(xì)或(huò)者是星团(tuán)的尺度，事情就(jiù)开始变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基(jī)正在(zài)研究和(hé)测量后(hòu)发星系团的质量(liàng)。这是(shì)一个由数千个星(xīng)系所组(zǔ)成的巨大星系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致，就可以确定(dìng)其质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种是获得其(qí)"光度(dù)学的质量(liàng)"，需要(yào)的数据是测量各个(gè)星系的光度。

第二种是动(dòng)力学(xué)质量的计算，是利用光(guāng)谱红移测量星系团(tuán)中(zhōng)的(de)各(gè)个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当(dāng)测量结(jié)果出(chū)来(lái)之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动力(lì)学质量”竟然是“光度(dù)学(xué)质量”的400倍。这意味着，后发座星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的(de)质量(liàng)并不以可见光(guāng)的(de)形(xíng)式所存(cún)在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威(wēi)基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系的质量所(suǒ)产生的引力是无(wú)法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们(men)早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之(zhī)外(wài)了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量来源于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质(zhì)。

据此，兹维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见的暗质，它不(bù)发散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的人们对这样的一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系(xì)中(zhōng)的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越远的(de)恒星在其(qí)轨道上的运行速度(dù)就(jiù)会越(yuè)慢。但是他们(men)观测的结果(guǒ)却让人感到不可思议。

随着与中心距(jù)离(lí)的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是根据牛顿的万有引力定律，在星系当中如果没有(yǒu)足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使用一(yī)种(zhǒng)相对(duì)标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解(jiě)释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测(cè)量星系当(dāng)中气体(tǐ)在X轴上距离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上(shàng)气体的旋转速度。如果出(chū)现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力(lì)量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距(jù)离的氢(qīng)元素，发现它们(men)的旋转速度并不符(fú)合(hé)牛顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据(jù)万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速(sù)度应该(gāi)是(shì)160千米(mǐ)/秒，但实际上(shàng)，太阳系(xì)正在(zài)以220千米/秒(miǎo)的(de)速度(dù)围绕银河系旋(xuán)转，这个实际(jì)速度远爬到底是什么结构的字啊，爬是什么结构的字,是先外后内吗远大于(yú)理论速度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加(jiā)速度的原因很(hěn)可(kě)能(néng)就是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这些暗物质的引力效应将(jiāng)星系(xì)聚集(jí)在(zài)了一起。

也(yě)是从这时开始，越(yuè)来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的速(sù)度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质量占(zhàn)整个星系质量的85%。但是，暗(àn)物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原(yuán)因。在一项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没(méi)有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多(duō)，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却(què)只有银河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论上，该星(xīng)系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩(bēng)离析。但(dàn)是科学(xué)家们(men)使用(yòng)最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了(le)40个小时的(de)详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中(zhōng)的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定(dìng)律来解(jiě)释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的(de)是，它(tā)的附近没有任何星系(xì)存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种(zhǒng)可能(néng)就是人类对(duì)引力的理解还不(bù)够(gòu)全面(miàn)，引力(lì)很可能在不同(tóng)尺度空间(jiān)中的工作(zuò)方式是不同的，这意味着(zhe)在(zài)行星系尺度(dù)中的(de)天(tiān)体(tǐ)会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学家还引入了外部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼(bǐ)此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙(méng)德理论成立，这意味(wèi)着我们需要(yào)对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也(yě)让很多(duō)人认(rèn)为(wèi)暗物质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中还有关(guān)于暗物质(zhì)存在的其他的理论证据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两(liǎng)个碰撞的(de)星系(xì)团(tuán)所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星团，它们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的气体当(dāng)中(zhōng)。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星(xīng)际(jì)气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上(shàng)，在碰撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大(dà)部分的质量将位于(yú)所有这些气(qì)体所在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什么来验(yàn)证(zhèng)它(tā)的质量区域到底(dǐ)是不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中第一(yī)张全(quán)彩的(de)高清(qīng)照(zhào)片，在照片中我们可以明显地(dì)看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨(jù)大的形变。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什(shén)么问题(tí)，而是(shì)这样(yàng)极(jí)遥远的天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远星系(xì)的(de)光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力(lì)透(tòu)镜效应。这个巨(jù)大的天体可能(néng)是超大(dà)质量的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所(suǒ)以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测(cè)的时候，发现它的大(dà)质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好(hǎo)的解释方法就是(shì)当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个区域，并在两(liǎng)边形(xíng)成(chéng)了引力(lì)透镜(jìng)。对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团的引(yǐn)力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今为止最好的理论证据(jù)。

除此之(zhī)外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中(zhōng)最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中了。经过了130多亿(yì)年(nián)之(zhī)后(hòu)，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背景上(shàng)留下(xià)了各(gè)相同性的微波辐射(shè)。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一(yī)。

科学家们通过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进行连通域(yù)提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图(tú)形看起来不应该是(shì)这样的，而随着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会(huì)减(jiǎn)小，才变得看(kàn)起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大(dà)约(yuē)是(shì)普通(tōng)物(wù)质的5倍(bèi)。这个(gè)数字与解(jiě)释星(xīng)系(xì)当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的暗(àn)物质比例(lì)是一致的(de)。这就意味着。

用了(le)一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很(hěn)多不同的观测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作(zuò)用，只通过引力来相互作(zuò)用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于(yú)找到了暗(àn)物(wù)质存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了(le)寻找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格(gé)兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上(shàng)最大的(de)地学实验(yàn)室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个(gè)三层楼高(gāo)的探测(cè)器，一直致力于寻找暗(àn)物质粒子的周期性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观测到(dào)了某种信号(hào)。经过了20多年的(de)数(shù)据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月份达到峰值(zhí)，然后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些(xiē)科(kē)学家(jiā)认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但(dàn)是为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙当中，这意味着我们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球(qiú)又(yòu)以(yǐ)30公里/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的方向(xiàng)与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系的(de)方向是一致的，而另外半年(nián)则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好(hǎo)达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实(shí)际的(de)情况中，太阳系相对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响这个(gè)理论的有效性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观(guān)测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能(néng)有其他的情(qíng)况，造(zào)成这种(zhǒng)年(nián)度周期信号的差异也可(kě)能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这里(lǐ)的季(jì)节与(yǔ)之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球(qiú)穿过(guò)暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存(cún)在的(de)非常有力的证据了。但(dàn)是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不久，所(suǒ)以截(jié)至(zhì)目前还(hái)无法提(tí)供相应的数(shù)据(jù)支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜，这台太空望远(yuǎn)镜叫做“南希(xī)格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它(tā)的主镜(jìng)大小跟哈(hā)勃望(wàng)远镜相同，但(dàn)它的宽视场仪(yí)器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结(jié)果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目(mù)以待了(le)。费米实(shí)验室粒子天体物理(lǐ)中心(xīn)的(de)科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们极(jí)有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那(nà)么遍布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人(rén)类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个角(jiǎo)落(luò)的行星上，暗物质正在通过(guò)这样的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是(shì)要(yào)先找到暗物质存在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们觉(jué)得暗(àn)物质到底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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