宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解(jiě)释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的(de)证(zhèng)据，科学家们在过去(qù)的几十年当中(zhōng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效(xiào)证据。除(chú)了一个地(dì)方，在(zài)1687年出版的自然哲(zhé)学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中天体(tǐ)运动(dòng)的规律。往(wǎng)后(hòu)的几百年来，当天文学家们发(fā)现某些天(tiān)体运(yùn)行(xíng)轨道(dào)出现异常，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了海(hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的发现都是(shì)应(yīng)用(yòng)万有引力(lì)定(dìng)律所(suǒ)取得重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒星(xīng)系统的尺度(dù)当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测量后(hòu)发星系团(tuán)的质量。这是一(yī)个由(yóu)数千个(gè)星系所组成的巨大(dà)星系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的(de)范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要的数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是(shì)动力学质(zhì)量的计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量(liàng)星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后(hòu)，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的(de)400倍。这(zhè)意味(wèi)着(zhe)，后(hòu)发(fā)座(zuò)星(xīng)系团有99%的质量消失了(le)，或者说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在(zài)，我们无法(fǎ)看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系(xì)团中很多(duō)星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们(men)束缚在星系团内(nèi)的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起(qǐ)作用，这种力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出(chū)了这样部分不可(kě)见的(de)暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的(de)质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出现。天文(wén)学家(jiā)维拉鲁宾和肯特福特在(zài)观测仙(xiān)女座星系(xì)中的(de)恒星运动。理论上来说，距离中心(xīn)越远(yuǎn)的(de)恒(héng)星(xīng)在其轨道上的运(yùn)行(xíng)速(sù)度就(jiù)会越慢。但(dàn)是他们观测的结果却(què)让人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星的旋转(zhuǎn)速度几乎保持不变。可是根据牛(niú)顿(dùn)的万(wàn)有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果没(méi)有足够大(dà)的(de)质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙当(dāng)中了。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学(xué)家们会使用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法(fǎ)来解释暗物(wù)质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物(wù)质的力量进入(rù)其中。

于(yú)是科学家们通过射(shè)电(diàn)望远镜(jìng)测量了(le)距离星系中心更(gèng)远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的(de)旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根100厘米等于多少分米，100厘米等于多少分米多少米(gēn)据(jù)万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系(xì)的运(yùn)行速度应该是(shì)160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒的速度围绕银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生以上这种向心(xīn)加速度的原(yuán)因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我们(men)看不到的物质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在了(le)一起(qǐ)。

也是(shì)从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存在。科学家根(gēn)据星(xīng)系(xì)外恒星轨(guǐ)100厘米等于多少分米，100厘米等于多少分米多少米道的速(sù)度，估算在(zài)星系当中暗物质的质量占整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是(shì)唯一(yī)可以解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项新的研究当中，科学(xué)家们发现，几乎没(méi)有引(yǐn)力(lì)效应的遥远恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天(tiān)文学(xué)家还发现了一(yī)个(gè)反常(cháng)的(de)星系，叫做Agc114905。这个星(xīng)系(xì)距离地球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大(dà)小和银河系不(bù)多，但是星(xīng)系(xì)当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存在暗(àn)物质，否则就(jiù)会分崩离析。但是科学家们(men)使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发(fā)现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常(cháng)的物(wù)质和(hé)力学定律来解释的(de)。那么又有人(rén)提(tí)出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另(lìng)一(yī)个大星系剥(bō)离(lí)了。奇怪(guài)的(de)是，它的(de)附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系存在。造成(chéng)这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够(gòu)全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的(de)工作(zuò)方式是(shì)不同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿着它们(men)的(de)轨道，按照(zhào)我们所(suǒ)理解的方(fāng)式(shì)运动。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互作(zuò)用，科学家(jiā)还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在(zài)数百(bǎi)万光年的规模(mó)上，巨大(dà)的质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德(dé)理论成立，这(zhè)意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律进行修正，这些发现也让很多(duō)人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在(zài)宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这(zhè)些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星系团，由两个碰(pèng)撞(zhuàng)的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类(lèi)似(shì)这样的星团，它们大(dà)部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星系的气体当中。当星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相(xiāng)互(hù)作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理论上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团(tuán)大部分的(de)质量将位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气(qì)体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集(jí)中在中(zhōng)间呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦(wéi)伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第一张全(quán)彩的高清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地(dì)看到(dào)很多(duō)星系似乎被拉(lā)伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是(shì)真(zhēn)的被扭曲了，也(yě)不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而(ér)是这样极遥远的天体和我们地(dì)球上的(de)观测者(zhě)之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨(jù)大的天体遮挡(dǎng)，这(zhè)个超大质量(liàng)的东西的引力，会(huì)使(shǐ)身后更遥远星系的(de)光(guāng)都发(fā)生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体可能是(shì)超大质量的黑洞或(huò)者是(shì)暗物(wù)质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团(tuán)观测(cè)的(de)时候，发(fā)现它的大质量区域并不是在中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方法(fǎ)就是当星(xīng)团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰撞时，可被观测到的质量气体(tǐ)被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物(wù)质(zhì)则直(zhí)接通(tōng)过(guò)了这个区域，并在两边形成(chéng)了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜(jìng)研究也被认为是暗物(wù)质存在(zài)的迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万(wàn)年(nián)之后，可见光(guāng)终于可以畅通(tōng)无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年(nián)之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相(xiāng)同性(xìng)的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的(de)温差(chà)只(zhǐ)有万分之一。

科(kē)学家们(men)通过对前(qián)景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的，而随着暗物质(zhì)的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小(xiǎo)，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微(wēi)波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的暗物质比例是一(yī)致的。这就意味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的理论框(kuāng)架，就很好(hǎo)地解释(shì)了(le)很(hěn)多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物质的本质(zhì)就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着某种类型的粒子(zi)，它们不参(cān)与任何其他的(de)电(diàn)磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作(zuò)用。所以如果能(néng)够找(zhǎo)到这种粒子的(de)存(cún)在，就相当于找到了暗物质存在的(de)实际证(zhèng)据。这种粒子到底是(shì)什么？科(kē)学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不(bù)同的目(mù)标粒子所需要(yào)的实验方式(shì)也(yě)不相同(tóng)。在过去的(de)几十年当中(zhōng)，人类为了(le)寻找这些看(kàn)不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验(yàn)，却没有任何实质(zhì)性(xìng)的发现，除了一个地(dì)方，意大利的(de)格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处(chù)的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物(wù)质粒子(zi)的(de)周期性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了(le)某种信号。经过(guò)了(le)20多(duō)年的数据(jù)收集，人们(men)发现(xiàn)了(le)一个有趣的(de)事(shì)情。探测率会(huì)在(zài)每(měi)年的(de)6月份达到峰(fēng)值，然后(hòu)在11月降到(dào)最低，而且在20年当中每年都(dōu)是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的(de)第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了(le)太阳系正(zhèng)在(zài)以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如果暗物质存在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样(yàng)的速度(dù)在穿(chuān)越着暗物质流，这个过程(chéng)中会产生相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的(de)速度围绕太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方(fāng)向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向(xiàng)是(shì)一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太(tài)阳的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地球穿越暗(àn)物质流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实(shí)际的情况(kuàng)中，太阳系相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈现了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学(xué)家认为这可(kě)以用来(lái)解释，研究(jiū)人员们(men)所观测(cè)到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周期信号的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游客的数量也符合这(zhè)个周期(qī)的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室(shì)，这(zhè)里的(de)季(jì)节(jié)与之前(qián)的实(shí)验室正好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和(hé)第(dì)一个(gè)实(shí)验(yàn)室是一(yī)样的。

因此，如(rú)果在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存在(zài)的(de)非常(cháng)有力的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前还(hái)无法(fǎ)提(tí)供相应的(de)数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会(huì)发射一(yī)台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主镜大小(xiǎo)跟哈(hā)勃望远镜相同，但它(tā)的宽视场(chǎng)仪器提供的视(shì)野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的(de)用途就是探索暗物(wù)质背后的奥(ào)秘(mì)，对(duì)于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米实验室粒子(zi)天(tiān)体(tǐ)物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如果暗(àn)物(wù)质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一(yī)种(zhǒng)神(shén)秘的效(xiào)应，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说是生命进化的一个重要因素(sù)。

如果这一(yī)理论得到进(jìn)一步的证实，那(nà)么遍布宇宙(zhòu)当中的暗(àn)物质会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当(dāng)中某个(gè)角落(luò)的行(xíng)星上，暗物(wù)质正在(zài)通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物质存在(zài)的(de)实际证据。那么小伙伴(bàn)们，你们(men)觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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