宇宙(zhòu)是(shì)“人为(wèi)制造”的(de)？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物质又究竟是什么(me)？人类为了(le)寻找暗物质(zhì)存在的证据(jù)，科学家(jiā)们在过去的几(jǐ)十年当中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但是(shì)却没有发现任何的有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然(rán)哲学(xué)数学原理一(yī)书中，埃萨克牛顿(dùn)发表了万有(yǒu)引力定律，它(tā)揭示(shì)了(le)宇宙中天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百(bǎi)年来，当天文学家(jiā)们发现某些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有引力定律的时候，他(tā)们就会知道(dào)，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1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星运行轨道的异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王星(xīng)的(de)存在(zài)。另外，哈雷彗星(xīng)、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律所取得重大天(tiān)文成就(jiù)的例子。但是这些发现都是在恒星(xīng)系统(tǒng)的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们上升到星系或者是星团(tuán)的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨兹威基正在研究(jiū)和(h大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么é)测量后发星(xīng)系团的质量。这是一个(gè)由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的巨(jù)大星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质量一般(bān)会使用到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获得其"光度学(xué)的质量"，需要的(de)数据是测量各(gè)个星系的光度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计(jì)算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)的各个(gè)星系(xì)相(xiāng)对于星(xīng)系团的运动(dòng)速度。当测量(liàng)结果(guǒ)出(chū)来之(zhī)后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座(zuò)星系团有99%的质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说这99%的(de)质量并不以可见(jiàn)光的形(xíng)式所(suǒ)存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在(zài)测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系的速度比理论上要快(kuài)得多，按(àn)照牛顿的运动(dòng)学(xué)定律，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所(suǒ)产生(shēng)的(de)引力是无法将它(tā)们束缚在星(xīng)系(xì)团内的(de)，它们早就应该被抛出星系团之外了(le)，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这(zhè)种力量来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提(tí)出(chū)了这(zhè)样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光(guāng)，但是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部(bù)分(fēn)的质(zhì)量(liàng)。只是(shì)当(dāng)时的(de)人(rén)们对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一(yī)次出现(xiàn)。天文学(xué)家维拉(lā)鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在(zài)观测仙女座星系中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理论上来说，距离(lí)中心越远的恒星在其(qí)轨道上的运行速度就会越慢。但是他们观测的(de)结果却让人(rén)感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在星系当中如果没有足够(gòu)大的质(zhì)量来(lái)吸(xī)引它们(men)，这些外围(wéi)的恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了(le)。基于这种现象，科学家们(men)会使(shǐ)用一(yī)种(zhǒng)相对标(biāo)准的方法(fǎ)来解释暗(àn)物质的存(cún)在，这种方(fāng)法就(jiù)是测量星(xīng)系当中气(qì)体在(zài)X轴上距离(lí)星系(xì)中心的距离(lí)，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速(sù)度。如果出(chū)现异常的结果(guǒ)，就认为(wèi)是由暗物(wù)质的力量进入其中。

于是科学(xué)家(jiā)们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系中大学所在年级怎么填写才正确，大学所在年级一栏填什么(zhōng)心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋(xuán)转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的力学(xué)定律。我们(men)的(de)太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位于(yú)银河系的(de)第三悬臂之上(shàng)，距离银河系(xì)中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太(tài)阳系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳系正(zhèng)在以220千米/秒的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度的(de)原(yuán)因很可能(néng)就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是(shì)这(zhè)些暗物质(zhì)的引力(lì)效(xiào)应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从(cóng)这时(shí)开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物(wù)质(zhì)的存在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质(zhì)量占整(zhěng)个(gè)星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解释这个现象的原因。在(zài)一(yī)项新(xīn)的(de)研究(jiū)当中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎没(méi)有引力(lì)效应(yīng)的遥远恒星之间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的微小差异。另(lìng)外(wài)，天文学家还发现了一(yī)个反常的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离地(dì)球大约(yuē)2.5亿光年，大小和银河系不(bù)多，但是(shì)星(xīng)系(xì)当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时(shí)的(de)详细测量之后，发(fā)现星系中的恒星运动(dòng)是可(kě)以用正常的(de)物质和力学定(dìng)律(lǜ)来解(jiě)释的。那么(me)又有(yǒu)人(rén)提(tí)出，也许该星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另(lìng)一(yī)个大星系(xì)剥离了。奇(qí)怪的是，它的附近(jìn)没有任何星(xīng)系(xì)存在。造(zào)成这些现象的(de)除(chú)了(le)暗(àn)物质(zhì)的假(jiǎ)说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引(yǐn)力的理解还(hái)不够全面(miàn)，引力很可能在(zài)不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式是不同的，这意味(wèi)着在行星系(xì)尺度中的天体会沿着它们(men)的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星系和星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于(yú)在星系团之间的(de)相互作用，科学家还(hái)引入了(le)外(wài)部场效应(yīng)的概念，指(zhǐ)的是(shì)在(zài)数百万光年(nián)的规模上，巨大的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德(dé)理论(lùn)成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很(hěn)多人认为(wèi)暗物(wù)质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此(cǐ)终结。但是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关(guān)于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的(de)普通质量都在(zài)星系的气(qì)体当中。当星团(tuán)以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰(pèng)撞的(de)时(shí)候(hòu)，星际(jì)气(qì)体的相互作用(yòng)就(jiù)会导致温度的急剧升(shēng)高，速度(dù)大幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰(pèng)撞之后(hòu)，子弹星系(xì)团大(dà)部分的质量将(jiāng)位于所有(yǒu)这些气体(tǐ)所在的中间区域。那么我们通过什么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在中(zhōng)间呢？前不久，詹姆斯韦伯太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照(zhào)片，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星(xīng)系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实这(zhè)些(xiē)星(xīng)系本(běn)身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体(tǐ)和我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大质量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会(huì)使(shǐ)身(shēn)后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象(xiàng)就是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个(gè)巨大的天(tiān)体(tǐ)可能是超(chāo)大质量的黑洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的(de)大质量区域并(bìng)不(bù)是在中间(jiān)，而是在两侧。所以最好的解释方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰(pèng)撞(zhuàng)时(shí)，可被(bèi)观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在(zài)了中间，暗物质则直(zhí)接通过了(le)这(zhè)个区域，并在两边形成了引力透(tòu)镜。对(duì)子弹(dàn)星(xīng)系团的引力(lì)透镜研究也(yě)被认为是暗物质存在(zài)的迄今为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当(dāng)中(zhōng)最古老的光。从宇宙大爆(bào)炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度较高的区域，蓝(lán)色则(zé)表示(shì)相对较(jiào)冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有(yǒu)万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值图像进行连通(tōng)域提取和标记(jì)之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没(méi)有暗物质，图形(xíng)看起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质的增(zēng)加，一(yī)些峰值的幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗(àn)物(wù)质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星系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(le)一(yī)个简单的理论框架，就很(hěn)好地解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当中存在(zài)着某种类型(xíng)的粒子(zi)，它们(men)不参(cān)与任何其他(tā)的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果(guǒ)能够找到这种粒(lì)子的存在，就(jiù)相当于找到了暗物质存在的实(shí)际证据。这(zhè)种粒子到(dào)底是什(shén)么？科学(xué)家们已经提出了数十(shí)种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需要(yào)的实验方式也不相同(tóng)。在过(guò)去的几十年当中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用的(de)“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行了超过50次的实验(yàn)，却(què)没有任何实(shí)质性(xìng)的(de)发(fā)现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当(dāng)中(zhōng)，藏着地球上最大的(de)地学实(shí)验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三层楼高的探测器，一直致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周(zhōu)期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以(yǐ)来，这(zhè)里的科学家声称观测(cè)到了(le)某种信号。经过了(le)20多(duō)年的(de)数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了(le)一个有趣(qù)的事情。探测率会在每(měi)年的6月份(fèn)达到(dào)峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月降(jiàng)到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能(néng)是人类发现暗物质的第一个(gè)直接证据(jù)。

但是为什么暗(àn)物质(zhì)会产生周期性(xìng)的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳系正在(zài)以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕着银河系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)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(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中会产生(shēng)相应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳(yáng)进行旋转。所以(yǐ)有半年的时(shí)间，地球围绕(rào)太阳(yáng)的方向与(yǔ)太阳环(huán)绕银河系(xì)的方向是(shì)一致的，而另外(wài)半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳的方(fāng)向正好达(dá)到完全(quán)一致，这(zhè)是理论(lùn)上地球穿越暗物(wù)质流最(zuì)快的(de)时(shí)段。而在11月份(fèn)，又恰好达到(dào)了(le)最慢值(zhí)。尽管在(zài)实际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜，但是这并不影响(xiǎng)这个理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人(rén)员们(men)所观(guān)测到的(de)周期(qī)性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情况，造成这种年(nián)度周期信号的差异也可能(néng)是温(wēn)度、湿(shī)度、土壤中的(de)水(shuǐ)分(fēn)、高山上的(de)积雪，甚(shèn)至连意(yì)大(dà)利游客(kè)的(de)数量也符合(hé)这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了(le)一个(gè)几乎相同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节(jié)与(yǔ)之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特(tè)征和第一个实(shí)验室(shì)是一样的。

因(yīn)此，如果在这(zhè)里可(kě)以(yǐ)得到(dào)相同的(de)信号(hào)，就可以(yǐ)成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据了。但是(shì)由于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成不久，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数据支持(chí)。另外，在(zài)2025年，NASA将(jiāng)会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太空望(wàng)远镜叫(jiào)做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远(yuǎn)镜(jìng)相同(tóng)，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远镜其中一(yī)个关键的用(yòng)途就是(shì)探索暗物质背后的奥秘，对于探测(cè)的结(jié)果(guǒ)，我们只能拭目以(yǐ)待了。费米(mǐ)实验(yàn)室粒子(zi)天体物理中(zhōng)心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)，它们极有可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效应，会(huì)支(zhī)持宇宙当中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那(nà)么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的(de)暗物(wù)质会不会意味着人类并不孤(gū)单(dān)呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某个(gè)角(jiǎo)落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样的效应创造生命。当然，这(zhè)些推(tuī)论(lùn)的大(dà)前(qián)提是(shì)要先(xiān)找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在的实(shí)际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我(wǒ)更新(xīn)的(de)动力！

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