宇宙是“人为制造”的(de)？为何会存(cún)在科学无法解释的“暗物质(zhì)”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学家们在过(guò)去的(de)几(jǐ)十(shí)年当中进行了超过(guò)50次的长(zhǎng)期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除了一(yī)个地方(fāng)，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然(rán)哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动的规律。往后的几(jǐ)百年(nián)来，当天(tiān)文(wén)学家们发(fā)现某(mǒu)些天体运行(xíng)轨道出现异(yì)常，不符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一定(dìng)有未知的天体通(tōng)过引力(lì)在摄动它的轨道。比(bǐ)如在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过天王星(xīng)运行轨道的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现都是(shì)在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者是星(xīng)团的尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威(wēi)基正在(zài)研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数千(qiān)个(gè)星(xīng)系所组(zǔ)成的(de)巨大星系团，这些(xiē)星系被引(yǐn)力束缚在一起。测(cè)量星系团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量(liàng)"，需(xū)要的(de)数据是测量各个星系的光(guāng)度。

第二种是动力(lì)学质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的(de)各个星系相对于星(xīng)系团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的质量消失了，或者说这99%的(de)质量并(bìng)不以可见(jiàn)光的形式所存在，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速度(dù)的(de凶猛的意思是什么 凶猛的近义词)过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多(duō)星系的速度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质量(liàng)所产生的(de)引力是无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非有一种神秘的力量在起作用，这种力量来源于某种隐形的(de)物质。

据(jù)此，兹维基提(tí)出(chū)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(jù)着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们对这样的一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才(cái)再一次(cì)出现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙女(nǚ)座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距离中心越远的(de)恒(héng)星在(zài)其轨(guǐ)道上的运(yùn)行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结果却让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距离(lí)的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根据牛(niú)顿的万有(yǒu)引力定律，在星(xīng)系当中如果没有足(zú)够大(dà)的质量来(lái)吸引它们，这些(xiē)外围的(de)恒星(xīng)早就被甩到宇宙当中了(le)。基于这种现象(xiàng)，科学(xué)家们(men)会使用一种相(xiāng)对标准的(de)方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在X轴(zhóu)上距(jù)离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗物质的力量进入其(qí)中(zhōng)。

于(yú)是科学(xué)家们通过射电望远镜(jìng)测量了(le)距离星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳系也(yě)不例(lì)外(wài)，太阳系位于银河系的第三(sān)悬(xuán)臂之(zhī)上，距离(lí)银河系中(zhōng)心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有(yǒu)引力(lì)定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系(xì)的运行速度应(yīng)该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转，这个实际速度远远大于(yú)理论速度，那(nà)么产生以上这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在着一种我们看不到(dào)的(de)物质，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开(kāi)始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人员开(kāi)始相信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外(wài)恒(héng)星轨(guǐ)道的(de)速度，估(gū)算在星(xīng)系当中(zhōng)暗物质(zhì)的质量占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当(dāng)中，科(kē)学家们(men)发(fā)现，几乎没有(yǒu)引(yǐn)力效(xiào)应的(de)遥(yáo)远恒星之间，也(yě)会出现速(sù)度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文(wén)学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿光年，大小和银(yín)河(hé)系不(bù)多(duō)，但是星系当(dāng)中存(cún)在的恒星数(shù)量却(què)只有银河系(xì)的千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上，该(gāi)星系必须(xū)存在暗物质(zhì)，否则就会分崩离析(xī)。但是科学家们(men)使用最(zuì)先进的(de)望远镜对其(qí)进行了40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后，发现星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力(lì)学定律(lǜ)来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近的(de)另一个大(dà)星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没(méi)有任何星系存(cún)在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之外，另(lìng)一种可能就是人类对引力(lì)的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺(chǐ)度(dù)空间中的工作方式是不同的，这(zhè)意(yì)味着在(zài)行(xíng)星(xīng)系(xì)尺度中的(de)天体会沿着它们的轨道，按(àn)照我们所理(lǐ)解的(de)方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引力(lì)之间的相(xiāng)互(hù)作用则(zé)是不同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家还(hái)引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百万光年(nián)的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之(zhī)间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙(méng)德理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着我们需要对(duì)现在的(de)物理(lǐ)定律进行修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当中还(hái)有关于暗物质(zhì)存(cún)在的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙德理论所没法(fǎ)解释(shì)的(de)“引力透镜”。

径向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团，由两(liǎng)个碰撞的(de)星系团所组成(chéng)，类似这(zhè)样的星团，它(tā)们大(dà)部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生(shēng)碰撞的(de)时(shí)候，星际(jì)气(qì)体的相互(hù)作(zuò)用就会导致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低(dī)。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于(yú)所有这些气体所(suǒ)在的中间(jiān)区域。那(nà)么我(wǒ)们通过什么(me)来验证(zhèng)它的质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙(zhòu)当中第一张全(quán)彩(cǎi)的高清照片，在照片中我(wǒ)们可(kě)以明(míng)显地看到(dào)很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这(zhè)些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观(guān)测者之间。被(bèi)一(yī)个(gè)质(zhì)量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的(de)引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都(dōu)发生了扭(niǔ)曲。这个现象(xiàng)就是(shì)引力透镜效(xiào)应(yīng)。这个巨大的(de)天(tiān)体(tǐ)可能是超大质量的黑洞或者是暗物质。

所(suǒ)以当人们(men)对(duì)子弹星(xīng)系(xì)团观测的时候(hòu)，发现它(tā)的大质量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在两侧。所以最好的解释(shì)方(fāng)法(fǎ)就(jiù)是当(dāng)星团(tuán)发生全部(bù)的碰撞时，可被观测(cè)到的质量气体被卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并在两(liǎng)边(biān)形(xíng)成了(le)引力透镜(jìng)。对子弹(dàn)星系团的引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好(hǎo)的(de)理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙(zhòu)空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留下了各相(xiāng)同性的微(wēi)波辐(fú)射。其中(zhōng)红色(sè)的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝(lán)色则表示相对较冷(lěng)的区域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分(fēn)之一。

科(kē)学家们通过对前景背景(jǐng)分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进行连(lián)通域(yù)提取和标记之(zhī)后(hòu)发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)宇宙当中(zhōng)没有暗物(wù)质，图形看起来不应该是这样的(de)，而(ér)随着暗物质的增加，一些峰值(zhí)的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背(bèi)景辐射的测量(liàng)值，我们需要的暗物质大(dà)约是普通物质的(凶猛的意思是什么 凶猛的近义词de)5倍。这个(gè)数(shù)字(zì)与(yǔ)解(jiě)释星系当(dāng)中恒星运动所需要(yào)的(de)暗物(wù)质比例(lì)是(shì)一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论(lùn)框架，就(jiù)很好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测结果。而暗(àn)物质的(de)本质就(jiù)是宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)存在着某(mǒu)种(zhǒng)类型(xíng)的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来(lái)相互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质(zhì)存(cún)在的实际证(zhèng)据(jù)。这种粒子到底是(shì)什么？科学家们已经提出了(le)数十种的(de)假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找(zhǎo)这些(xiē)不同的目(mù)标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为(wèi)了(le)寻找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家们凶猛的意思是什么 凶猛的近义词已(yǐ)经(jīng)进行了超过50次的实验，却没有任何实质(zhì)性的发现，除了一个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰(lán)萨索山，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井(jǐng)当(dāng)中(zhōng)，藏(cáng)着地球上(shàng)最大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一(yī)个三层(céng)楼高的探测器，一(yī)直(zhí)致力(lì)于寻(xún)找暗物质(zhì)粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学(xué)家声(shēng)称观测(cè)到了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个有趣的(de)事情(qíng)。探测率会在每年(nián)的6月(yuè)份(fèn)达(dá)到(dào)峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而(ér)且在20年当中每年都是一样。一些科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)能是人类发(fā)现暗物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信(xìn)号(hào)呢？刚才我们讲了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进行(xíng)移动，那么如果暗物质存在宇(yǔ)宙当中，这意味着我们(men)也在以这样的速度在穿(chuān)越着暗物质流，这个过(guò)程中会(huì)产生(shēng)相应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速(sù)度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕(rào)太阳的方向与太阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达到完全一致，这是(shì)理论(lùn)上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰好达到了(le)最慢值(zhí)。尽管(guǎn)在实际的情况中，太阳(yáng)系相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现(xiàn)了(le)60度的倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家认为(wèi)这(zhè)可以用(yòng)来解释，研究人员们所观测到的周(zhōu)期性信号。当然也(yě)可(kě)能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿度、土壤中(zhōng)的(de)水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连意大利游客的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建(jiàn)立了一(yī)个几(jǐ)乎相同的(de)实(shí)验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验(yàn)室正好相反，而(ér)在这里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动(dòng)特征(zhēng)和第(dì)一个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在(zài)这(zhè)里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建成不久，所以(yǐ)截(jié)至目前(qián)还(hái)无法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新的望远镜，这台太(tài)空望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼(màn)”，它(tā)的主(zhǔ)镜(jìng)大(dà)小跟(gēn)哈勃望远(yuǎn)镜相同(tóng)，但它的(de)宽(kuān)视场仪器(qì)提供的视(shì)野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘(mì)，对于探测的(de)结(jié)果，我(wǒ)们只能拭目以待了。费(fèi)米实(shí)验室(shì)粒(lì)子天体(tǐ)物理中心(xīn)的科学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质(zhì)存在，它(tā)们极有(yǒu)可能拥有另一种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的(de)一个重要(yào)因(yīn)素。

如(rú)果这一(yī)理论得(dé)到进一(yī)步的证实，那么遍布宇宙当(dāng)中的暗物(wù)质会不会(huì)意味着人(rén)类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中某个角(jiǎo)落(luò)的行(xíng)星上，暗物质正(zhèng)在通过这(zhè)样(yàng)的效应创造生命。当然(rán)，这些(xiē)推论的大前提是要先找(zhǎo)到暗(àn)物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小伙伴(bàn)们，你们觉得暗物质到底存不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的(de)动(dòng)力！

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