宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻找暗物质存在的证据，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年当(dāng)中进(jìn)行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是(shì)却(què)没有发现(xiàn)任何(hé)的有(yǒu)效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它揭示了(le)宇宙中(zhōng)天体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文学家们发(fā)现某(mǒu)些天体(tǐ)运行轨道(dào)出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥本(běn)勒维耶(yé)就(jiù)通过天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且(qiě)发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王(wáng)星的(de)发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例(lì)子。但是(shì)这些发现(xiàn)都是在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中(zhōng)，可当我们(men)上升到星系或者是星团的尺(chǐ)度，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物(wù)理学家(jiā)弗(fú)里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个(gè)由数千个(gè)星系(xì)所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚在一起。测量星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当两种(zhǒng)方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的(de)范围(wéi)。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数(shù)据是测量(liàng)各(gè)个星系的(de)光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的(de)计算，是利用(yòng)光谱红(hóng)移(yí)测(cè)量星系团中的各个星(xīng)系相(xiāng)对于星系团的运动速度。当(dāng)测量结果(guǒ)出(chū)来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵(měng)了，“动力学质量(liàng)”竟然(rán)是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座星系团有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见光的(de)形式所存在，我们无(wú)法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异(yì)的是，在(zài)测(cè)量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的速度(dù)比理论上要(yào)快得(dé)多，按(àn)照牛顿(dùn)的(de)运(yùn)动学(xué)定律，仅靠这些(xiē)可见(jiàn)星系(xì)的质量所产生的引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被(bèi)抛(pāo)出星(xīng)系(xì)团之外了，除非有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作(zuò)用，这种力量来(lái)源(yuán)于某种(zhǒng)隐形的物质(zhì)。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样(yàng)部分不可见的(de)暗质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(shì)它(tā)们(men)却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的(de)质量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距离中心(xīn)越远的恒星在其轨(guǐ)道上的运行速度就会越慢。但(dàn)是他(tā)们观测(cè)的结(jié)果却让人感到不可(kě)思(sī)议。

随(suí)着与中心距(jù)离的(de)增(zēng)加，恒(héng)星的(de)旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是根据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在(zài)星系当(dāng)中(zhōng)如(rú)果没有足够大(dà)的质量来(lái)吸(xī)引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙(zhòu)当中了(le)。基于(yú)这种现象，科学(xué)家(jiā)们会使用一种相对标准的(de)方法来解(jiě)释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就是测量(liàng)星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离(lí)，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异常的结果(guǒ)，就(jiù)认为是由暗物质的力量进入其(qí)中。

于是科学家们通过射电望远镜测量(liàng)了距(jù)离(lí)星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它们的旋转(zhuǎn)速度并不符合牛顿的(de)力学(xué)定律。我们(men)的太阳系(xì)也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引力定律进(jìn)行计算，太阳(yáng)系(xì)的运行(xíng)速(sù)度应该是160千米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳系正(zhèng)在(zài)以220千米/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产生以上(shàng)这种向心(xīn)加速度的原因(yīn)很可(kě)能就(jiù)是存在着(zhe)一种我们看不(bù)到的(de)物质，是这些暗物质(zhì)的引力效应将星(xīng)系聚集在了一起。

也是从这时开(kāi)始，越(yuè)来越多的研究人员(yuán)开始(shǐ)相信暗物质的存在。科学家根据星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度，估算在星系当(dāng)中(zhōng)暗物质(zhì)的(de)质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并不是唯(wéi)一可以解(jiě)释(shì)这个现(xiàn)象的原因。在(zài)一项(xiàng)新的研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发现，几(jǐ)乎(hū)没有引力效应的遥远恒星之间(jiān)，也会出(chū)现速(sù)度(dù)上的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发现了一(yī)个反常的星(xīng)系(xì)，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存(cún)在的恒星数量却只有银河系的(de)千分之一(yī)。

所以在理论(lùn)上(shàng)，该星系(xì)必(bì)须存(cún)在暗物质(zhì)，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用(yòng)最先进(jìn)的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是可(kě)以(yǐ)用正常的物质和力学定律来解释的。那么又有(yǒu)人提出，也(yě)许该星系(xì)的暗物质，已经被附近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近(jìn)没有任何星系存在。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理(lǐ)解还不(bù)够全面(miàn)，引力很可能在不同尺(chǐ)度空(kōng)间中的工作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着在(zài)行星(xīng)系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们的轨(guǐ)道，按照我们(men)所理解的方(fāng)式运动。但是上(shàng)升到星(xīng)系和(hé)星团的(de)尺(chǐ)度(dù)，引力之间的相互作用(yòng)则是不同(tóng)的(de)方式。对于(yú)在(zài)星系团之间(jiān)的相互(hù)作用，科学家(jiā)还引(yǐn)入了外部(bù)场效应的(de)概念，指(zhǐ)的是(shì)在数(shù)百(bǎi)万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个(gè)理论叫做MOND蒙德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们(men)需要对现在的物理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很多人认为暗物(wù)质假说理(lǐ)论(lùn)就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有(yǒu)关于(yú)暗(àn)物质存在的其他(tā)的理(lǐ)论证据，这些理论证据是蒙(méng)德理论所(suǒ)没(méi)法解释的“引(yǐn)力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹星(xīng)系团，由两个碰(pèng)撞的星系团所组成，类似这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们(men)大部分的普通(tōng)质量都在星系(xì)的(de)气体当中。当星团以1000万公里/小时(shí)发生碰撞的(de)时候，星际(jì)气(qì)体的相互作(zuò)用就会导致温(wēn)度(dù)的急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹星系团(tuán)大部分(fēn)的质量将位于(yú)所有这些(xiē)气体所在的(de)中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的(de)质量区域到底是不(bù)是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张(zhāng)全彩的高清照(zhào)片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉(lā)伸(shēn)产生了巨大的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并(bìng)不是真(zhēn把酒言欢下一句是什么意思，把酒言欢下一句是什么问君能有几多愁)的被扭曲了，也不(bù)是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出(chū)了什(shén)么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨(jù)大(dà)的天体遮挡，这(zhè)个超大质量的东西的引力，会使身(shēn)后更遥远(yuǎn)星系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗物质。

所以当(dāng)人(rén)们(men)对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质(zhì)量区域并不(bù)是(shì)在(zài)中(zhōng)间，而是在两侧。所以最好(hǎo)的解(jiě)释方法(fǎ)就是(shì)当星团发(fā)生全部的碰撞时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质(zhì)则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系团的引力透(tòu)镜研究(jiū)也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最(zuì)古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万(wàn)年之后(hòu)，可见(jiàn)光终于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无(wú)阻地穿越在(zài)宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景上留下了各相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对(duì)较冷的区域，但实际上它们之(zhī)间的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一。

科学家们(men)通过对前景背(bèi)景分离(lí)后的二值(zhí)图像进(jìn)行连通域提取(qǔ)和标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有(yǒu)暗物质，图形看起来不应(yīng)该是(shì)这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一些(xiē)峰(fēng)值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的(de)测量值，我们需(xū)要的暗物质(zhì)大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质(zhì)的5倍。这个数(shù)字与解释星(xīng)系当中恒星运动所需要(yào)的暗物(wù)质比例是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好地解释(shì)了很多不同的(de)观测(cè)结果(guǒ)。而暗(àn)物质(zhì)的本质就是宇宙当中存(cún)在着某种类型(xíng)的(de)粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找到这(zhè)种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗物质存(cún)在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们(men)已经提出(chū)了数十种的(de)假想目标，而(ér)要寻找这些不同的目标粒子(zi)所需(xū)要的实验方式也不相同。在过去的几十年(nián)当中，人类为(wèi)了寻找这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实质性的发现，除了一个(gè)地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在(zài)山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当中，藏着地球上最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个(gè)三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的周期性震(zhèn)荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科学家声称观测到了某种信号。经(jīng)过(guò)了(le)20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最低(dī)，而且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科(kē)学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的(de)第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的年度(dù)信号呢？刚才我们讲了太阳系正在(zài)以220公里/秒的(de)速(sù)度(dù)围(wéi)绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗(àn)物质存(cún)在宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也在以这(zhè)样(yàng)的速度在穿越着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球(qiú)又以30公(gōng)里/秒(miǎo)的速(sù)度围绕(rào)太阳(yáng)进行旋转。所以有半年的时间，地球围绕太阳的方向与太阳(yáng)环绕银河系的方向是一致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相(xiāng)反。

而(ér)在(zài)6月份的(de)时候(hòu)，地球与太阳的方向正好达到完全一(yī)致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗(àn)物(wù)质把酒言欢下一句是什么意思，把酒言欢下一句是什么问君能有几多愁流最快的(de)时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好达(dá)到(dào)了(le)最慢值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的有效性(xìng)。

因此(cǐ)科学家认为这可(kě)以用来解释，研究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其(qí)他的(de)情(qíng)况，造成(chéng)这(zhè)种(zhǒng)年度(dù)周(zhōu)期信(xìn)号的差异也(yě)可能(néng)是温度、湿度、土壤中的水分、高山(shān)上的积雪(xuě)，甚至连(lián)意大利(lì)游(yóu)客的数量也(yě)符合(hé)这个周期的规(guī)律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同(tóng)的(de)实验(yàn)室(shì)，这里的季节与之前(qián)的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里，地(dì)球(qiú)穿过暗(àn)物质流的(de)运动特(tè)征和第(dì)一(yī)个实验(yàn)室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到(dào)相同的信号，就可以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所存在的非常(cháng)有力的证(zhèng)据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久(jiǔ)，所以截至目前还无(wú)法提供相应的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发(fā)射一台新的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场(chǎng)仪器提(tí)供的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器(qì)的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远镜其中一(yī)个关键(jiàn)的用途就是探(tàn)索暗物质背(bèi)后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结果，我们只能拭目以(yǐ)待了。费(fèi)米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质(zhì)存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这(zhè)种暗物质(zhì)效应，会支持宇(yǔ)宙当中生命的(de)诞生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命进化(huà)的一个重要因(yīn)素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物质会不会意味着人类并不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的(de)行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这样的(de)效应(yīng)创造生命。当然(rán)，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的(de)实(shí)际证据。那么(me)小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新的动力(lì)！

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