宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何(hé)会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是什(shén)么？人类(lèi)为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家(jiā)们在过(guò)去的(de)几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是(shì)却没有发现任何的有(yǒu)效证据(jù)。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一(yī)书中，埃萨克(kè)牛顿(dùn)发表了(le)万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示了宇宙中天体运动(dòng)的规(guī)律。往后的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家(jiā)们发现(xiàn)某些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合(hé)万有(yǒu)引(yǐn)力(lì)定律的时候，他们(men)就(jiù)会知道(dào)，周围一定有未知的天体通(tōng)过(guò)引力在(zài)摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过天王(wáng)星(xīng)运行轨道的(de)异常，推算并且发(fā)现(xiàn)了(le)海(凝神静气的意思 凝神静气是成语吗hǎi)王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都(dōu)是应(yīng)用万有引(yǐn)力定(dìng)律所(suǒ)取(qǔ)得(dé)重大天文成(chéng)就的例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可(kě)当我们上(shàng)升到星(xīng)系(xì)或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗(fú)里(lǐ)茨兹威基(jī)正在研究(jiū)和测量后发(fā)星系团的(de)质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系(xì)团，这些星系被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到两种(zhǒng)方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方(fāng)法结(jié)果一(yī)致，就可以确定其(qí)质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质量"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系(xì)的光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团(tuán)中的各个星系(xì)相(xiāng)对于(yú)星系团(tuán)的运动速度。当测量结(jié)果出来之后，兹威(wēi)基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意(yì)味着，后(hòu)发座星(xīng)系团有99%的质(zhì)量消失了，或(huò)者(zhě)说这99%的(de)质量并不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们无法(fǎ)看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度的过程(chéng)中，兹威(wēi)基发现星系团中(zhōng)很多星系的速度(dù)比理论上要(yào)快得多(duō)，按(àn)照牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这些(xiē)可见星系的质量所产(chǎn)生的(de)引力是无法将它们束(shù)缚在星系团(tuán)内的，它们(men)早就应(yīng)该被抛出星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的(de)力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于(yú)某种隐(yǐn)形的物质(zhì)。

据(jù)此，兹(zī)维基(jī)提(tí)出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占(zhàn)据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质(zhì)量。只是(shì)当时的人们(men)对这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年(nián)之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词才再一次出(chū)现。天文学家(jiā)维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上(shàng)来说，距离中心(xīn)越(yuè)远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心(xīn)距离的增加(jiā)，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根据(jù)牛(niú)顿的万有引力定律，在星系当中如果(guǒ)没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学家们会使用(yòng)一种(zhǒng)相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测(cè)量(liàng)星系当中气(qì)体在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量(liàng)进入其中。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜(jìng)测量了(le)距离星系中(zhōng)心(xīn)更远距离的氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并(bìng)不符(fú)合牛(niú)顿的力(lì)学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第(dì)三悬臂之上(shàng)，距离(lí)银河系中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律(lǜ)进行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原因很可能就是存(cún)在(zài)着一(yī)种(zhǒng)我们(men)看不到(dào)的物质，是这些暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系(xì)聚集在了(le)一起。

也是从这时开始，越来越(yuè)多的研究人员开始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科学家(jiā)根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占整个星(xīng)系质量(liàng)的85%。但是，暗物(wù)质并不(bù)是唯一可以(yǐ)解释这个现象的(de)原因。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的(de)遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外(wài)，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系，叫做(zuò)Agc114905。这(zhè)个星系(xì)距离地球大(dà)约2.5亿光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河系的千分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜对(duì)其进行(xíng)了40个小时的详细(xì)测(cè)量之后(hòu)，发现星系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的(de)。那么又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何星系存在。造成这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假说之外(wài)，另一种可能(néng)就是(shì)人类对引(yǐn)力的理(lǐ)解还不够全(quán)面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味着在行星系(xì)尺(chǐ)度中的天体(tǐ)会沿着(zhe)它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力之间的(de)相(xiāng)互作(zuò)用则是不同的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学家还(hái)引入了外部场(chǎng)效应的概念，指的是在数百(bǎi)万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊(shū)的(de)效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理(lǐ)论成立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进行修正，这些发(fā)现(xiàn)也让(ràng)很多(duō)人认(rèn)为暗物(wù)质假说理论(lùn)就此(cǐ)终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有(yǒu)关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理(lǐ)论证据，这些理论证(zhèng)据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解释的(de)“引力(lì)透(tòu)镜”。

径(jìng)向(xiàng)距(jù)离为37亿光年的子弹星系(xì)团，由两个(gè)碰撞的星(xīng)系(xì)团所组(zǔ)成，类似这样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质量都在(zài)星系的气体当中。当星团以1000万公里/小时发生(shēng)碰撞的时候，星际气(qì)体的(de)相互作用(yòng)就会导致(zhì)温(wēn)度的急剧升高，速度大幅降低。所以在(zài)理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间区域。那么我们通过什么来验证它(tā)的(de)质(zhì)量(liàng)区域到底是不是集中(zhōng)在中(zhōng)间呢？前不(bù)久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我(wǒ)们可以(yǐ)明显(xiǎn)地(dì)看到(dào)很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭(niǔ)曲了(le)，也(yě)不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球上的观测者之间。被一个质量(liàng)超(chāo)级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥远(yuǎn)星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜(jìng)效(xiào)应。这个巨大的天体可(kě)能(néng)是超大质量的(de)黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团(tuán)观(guān)测的时候，发现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团发生全部的(de)碰撞时(shí)，可(kě)被(bèi)观(guān)测到的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系(xì)团的引力透镜研究也被认为(wèi)是(shì)暗物(wù)质存(cún)在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(zuì)古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始(shǐ)，38万(wàn)年之后，可见光终于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光(guāng)在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上(shàng)留(liú)下了各相同性的微波辐射。其中红色的(de)部分(fēn)表示温度较高的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷(lěng)的区域，但实际上它们之间的(de)温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科学家们通过对前景(jǐng)背景分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如(rú)果(guǒ)宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看(kàn)起来“和谐(xié)”。为了匹配宇宙微波背景辐射的(de)测量值，我们需要的暗物质大约是普(pǔ)通物(wù)质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒(héng)星(xīng)运(yùn)动所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的理(lǐ)论框架(jià)，就很好地解(jiě)释(shì)了很多不同的(de)观测结(jié)果(guǒ)。而暗(àn)物(wù)质的本(běn)质(zhì)就(jiù)是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电(diàn)磁作用，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在的实际证据。这种粒子到(dào)底(dǐ)是(shì)什么？科学家们已经提出了数十种的假想目标，而(ér)要(yào)寻找(zhǎo)这些不同的目标粒(lì)子所需要的实验方式也(yě)不相同。在(zài)过去的几十年当中，人类为了寻(xún)找这些(xiē)看不见、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科学家(jiā)们(men)已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任(rèn)何实质性的发现，除了一个(gè)地(dì)方，意(yì)大利的格兰萨(sà)索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼(lóu)高(gāo)的探测(cè)器(qì)，一直致力于(yú)寻找暗物质(zhì)粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观(guān)测到了(le)某种信号。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一个有趣的(de)事(shì)情。探(tàn)测(cè)率会(huì)在每年的6月份达到峰值，然后(hòu)在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人(rén)类(lèi)发现暗物质(zhì)的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但是为什么暗物质会产生周期(qī)性(xìng)的年度信号(hào)呢？刚才(cái)我们讲了(le)太(tài)阳系(xì)正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银河系进行移动，那么(me)如果暗物质存(cún)在(zài)宇宙当中，这意味着我(wǒ)们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着暗物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地(dì)球又以(yǐ)30公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围绕(rào)太(tài)阳(yáng)进行旋(xuán)转。所(suǒ)以有(yǒu)半年的时(shí)间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银河(hé)系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太(tài)阳的方向正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上(shàng)地(dì)球穿(chuān)越暗物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到了(le)最慢(màn)值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现了60度的倾(qīng)斜(xié)，但是这并(bìng)不(bù)影响这个理论的(de)有效(xiào)性(xìng)。

因此科学家认为这可以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然(rán)也可能有(yǒu)其他(tā)的情(qíng)况，造成(chéng)这种年(nián)度周期信号的差(c凝神静气的意思 凝神静气是成语吗hà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意(yì)大利游客的数量也符合这(zhè)个(gè)周期的规(guī)律。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的(de)实验室，这里的季节与之(zhī)前的实验(yàn)室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地(dì)球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样的。

因(yīn)此，如果在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗(àn)物质所存在的非常有(yǒu)力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还无法(fǎ)提供相应的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的(de)望远镜(jìng)，这台(tái)太空望远(yuǎn)镜(jìng)叫(jiào)做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对(duì)于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭目(mù)以待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森(sēn)斯特芬研究发(fā)现，如(rú)果暗物质存在(zài)，它们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或(huò)者(zhě)说是生命进(jìn)化的一(yī)个重要因素(sù)。

如果这(zhè)一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当中的暗(àn)物质会(huì)不会(huì)意味着(zhe)人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许(xǔ)在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这样(yàng)的效(xiào)应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提是要先(xiān)找到暗物质存在的实际证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗(àn)物质到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持(chí)是我(wǒ)更新的动力！

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