宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科学无(wú)法解释的(de)“暗物质”？暗物质又(yòu)究(jiū)竟是什么？人类为了寻找暗物质存在(zài)的证据，科学(xué)家(jiā)们(men)在过(guò)去的几十(shí)年当中(zhōng)进(jìn)行了超过50次的长期实(shí)验，但是却没(méi)有发(fā)现任何(hé)的(de)有效(xiào)证据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的(de)自然哲(zhé)学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有(yǒu)引力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天体运动的规律。往后的(de)几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们(men)发(fā)现某些天体运(yùn)行轨道出(chū)现(xiàn)异(yì)常，不符合万有引(yǐn)力定律(lǜ)的时候，他(tā)们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨(guǐ)道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王(wáng)星运行轨道的异(yì)常，推算并且发现了海王星的(de)存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应(yīng)用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的(de)例子。但(dàn)是这些(xiē)发现都是在恒星系统的尺度当中(zhōng)，可(kě)当我们(men)上升到(dào)星系或者是星(xīng)团(tuán)的尺度，事(shì)情就开始变得诡(guǐ)异(yì)了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家弗(fú)里茨兹(zī)威(wēi)基正在研究和测量后发(fā)星系团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团(tuán)，这些星系(xì)被(bèi)引力束缚在一(yī)起(qǐ)。测量星系团的质量一般会使用到两种方(fāng)法(fǎ)，当(dāng)两种(zhǒng)方(fāng)匚字旁的字有哪些，区字旁的字法结(jié)果一致，就(jiù)可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光度。

第二种是动力(lì)学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移(yí)测(cè)量星系(xì)团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力(lì)学质量”竟(jìng)然是“光(guāng)度(dù)学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所(suǒ)存在(zài)，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量(liàng)速(sù)度的(de)过(guò)程中，兹威基(jī)发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要(yào)快得多(duō)，按照牛顿的运动学(xué)定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的质量所(suǒ)产生的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们(men)早就应该(gāi)被抛出星系(xì)团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神秘的力(lì)量在起作用(yòng)，这(zhè)种力量(liàng)来源于某种隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了这样部(bù)分(fēn)不可见的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光(guāng)、反(fǎn)射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中(zhōng)绝大(dà)部(bù)分的质(zhì)量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗物(wù)质”这个词才再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾(bīn)和肯特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系中的(de)恒星运(yùn)动(dòng)。理论上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度(dù)就(jiù)会越慢(màn)。但是他们观测的(de)结(jié)果却(què)让人感到不可思议。

随(suí)着(zhe)与中心距离(lí)的增(zēng)加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持(chí)不(bù)变。可是(shì)根据(jù)牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系当(dāng)中如果没(méi)有足够大(dà)的质量来吸(xī)引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到(dào)宇宙(zhòu)当(dāng)中了。基于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种(zhǒng)方法就(jiù)是(shì)测量星(xīng)系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中心的距离，以及(jí)在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度。如(rú)果出现异常的结果，就认为是由暗物质的(de)力量进(jìn)入其中。

于是(shì)科(kē)学(xué)家们(men)通过射电望远(yuǎn)镜测(cè)量了距(jù)离星系中心(xīn)更远距离的氢元素(sù)，发现它(tā)们的旋转速度并不符(fú)合牛顿(dùn)的力学定律。我们的太阳系也不(bù)例外，太(tài)阳系(xì)位于银河系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上(shàng)，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算(suàn)，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千匚字旁的字有哪些，区字旁的字米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远大于理论速度(dù)，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很(hěn)可能就(jiù)是存在着(zhe)一种(zhǒng)我们看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些暗物质的引力(lì)效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨(guǐ)道的(de)速度(dù)，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物质(zhì)并(bìng)不是唯(wéi)一可以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的(de)研究当(dāng)中(zhōng)，科学家们发(fā)现，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥(yáo)远恒星(xīng)之间，也会(huì)出现速度(dù)上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和(hé)银河系不多，但是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系(xì)必须存在暗物(wù)质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个(gè)小时的详细测量之后，发现星系中的恒星运动是可(kě)以用正常(cháng)的物质(zhì)和(hé)力学定律来(lái)解释(shì)的。那么又有人提出(chū)，也许该星系的暗物质，已(yǐ)经被附(fù)近的(de)另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的附近没(méi)有(yǒu)任何星系存在(zài)。造成这些(xiē)现象的除了暗物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人(rén)类(lèi)对引力的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工(gōng)作方(fāng)式是(shì)不同的，这意味着(zhe)在行星(xīng)系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们的轨道，按(àn)照(zhào)我们所理解的(de)方式运动(dòng)。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度(dù)，引力(lì)之间的相(xiāng)互作用(yòng)则(zé)是不同的(de)方式。对(duì)于在星系团之间(jiān)的相互作(zuò)用，科学(xué)家还(hái)引入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万(wàn)光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论(lùn)叫做(zuò)MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论(lùn)成(chéng)立，这意(yì)味着(zhe)我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律进行修正，这些发现也让很多人(rén)认(rèn)为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质(zhì)存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理论证(zhèng)据是蒙德理(lǐ)论所没(méi)法解释的“引力(lì)透(tòu)镜”。

径向距(jù)离(lí)为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星系团，由(yóu)两(liǎng)个碰(pèng)撞的星系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的(de)星(xīng)团，它(tā)们大部分的(de)普通质量(liàng)都在星系的(de)气体当(dāng)中。当(dāng)星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气(qì)体的相互(hù)作用就(jiù)会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部(bù)分(fēn)的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我(wǒ)们通过(guò)什么来验(yàn)证它的质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹姆(mǔ)斯(sī)韦伯(bó)太空望远镜传回(huí)了宇宙当(dāng)中第一(yī)张全彩(cǎi)的高清照片(piàn)，在(zài)照(zhào)片中我(wǒ)们可以明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变(biàn)。其实这些星(xīng)系本身并不是真的被扭曲了，也不(bù)是(shì)韦伯(bó)望远镜(jìng)出了什么问题，而是这样极遥(yáo)远的(de)天(tiān)体和我们地球上的观(guān)测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使(shǐ)身后(hòu)更遥远(yuǎn)星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个(gè)现(xiàn)象就是(shì)引力透镜效应。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量(liàng)的(de)黑(hēi)洞(dòng)或者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时候(hòu)，发(fā)现它的大质量区(qū)域(yù)并(bìng)不(bù)是(shì)在中间，而是在两侧。所以最好的(de)解释方法就是当星团发生全部的碰撞时，可(kě)被观测到的质(zhì)量气(qì)体被(bèi)卡在了(le)中(zhōng)间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两边形成了引(yǐn)力透(tòu)镜。对(duì)子弹星系团的(de)引力透(tòu)镜研究也被认为是暗物(wù)质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当中最古老的光。从(cóng)宇(yǔ)宙大(dà)爆炸开始，38万年(nián)之后，可见光终于可以畅通(tōng)无阻地(dì)穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年(nián)之后，这(zhè)些光在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了(le)各相同性的微波辐射。其(qí)中红色(sè)的部分(fēn)表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表示(shì)相(xiāng)对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上(shàng)它们之(zhī)间的(de)温差只有万(wàn)分之一。

科(kē)学家们通过对前景背(bèi)景(jǐng)分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像(xiàng)进行连(lián)通域提(tí)取和标(biāo)记之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这(zhè)样的，而随着(zhe)暗物质的增加，一些(xiē)峰值的幅度会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为了(le)匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射(shè)的测量值，我们需(xū)要(yào)的暗物质大约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍。这(zhè)个数字与(yǔ)解释星系(xì)当中恒(héng)星(xīng)运动所(suǒ)需要(yào)的暗(àn)物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单(dān)的(de)理论(lùn)框架(jià)，就很好地(dì)解释了很多不(bù)同的(de)观测结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中存(cún)在着某种类型的粒子，它(tā)们不(bù)参与(yǔ)任(rèn)何其他的(de)电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引(yǐn)力来相互作用。所以如果能够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种的假(jiǎ)想目(mù)标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所需要的实验(yàn)方式(shì)也不相同。在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会与(yǔ)常规物质相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个(gè)地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当中，藏着地球上最大的地(dì)学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探(tàn)测器，一(yī)直致力于寻找暗物质(zhì)粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的科学(xué)家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过(guò)了20多年(nián)的(de)数据收集(jí)，人们(men)发(fā)现了一个有(yǒu)趣的事情。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年当中每年都(dōu)是一样。一些(xiē)科学(xué)家认为这(zhè)可能(néng)是(shì)人类发(fā)现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直接证据。

但是为什么暗物质会产生(shēng)周期(qī)性的年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)着银河(hé)系进行移动(dòng)，那么如果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿越着暗物质流，这(zhè)个过程中会产生相应的振荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时(shí)间，地球(qiú)围绕太阳的(de)方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则(zé)与(yǔ)之相反。

而在6月份的时候，地球与太阳的方向正(zhèng)好达(dá)到完(wán)全一致(zhì)，这是(shì)理(lǐ)论(lùn)上(shàng)地球穿越(yuè)暗物质流最(zuì)快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢(màn)值。尽管在实际的情况中(zhōng)，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜(xié)，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个(gè)理论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认为这可(kě)以用来解释，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其(qí)他的情(qíng)况，造(zào)成这(zhè)种(zhǒng)年度周期信号的差异也可(kě)能是温(wēn)度、湿度、土(tǔ)壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游(yóu)客的(de)数量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球建立(lì)了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的季(jì)节与之前的实验室正(zhèng)好相(xiāng)反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动(dòng)特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因此(cǐ)，如果(guǒ)在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质(zhì)所存(cún)在的(de)非常有力的(de)证据了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目(mù)前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支(zhī)持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远镜，这台(tái匚字旁的字有哪些，区字旁的字)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但(dàn)它的宽(kuān)视场仪器提供的视(shì)野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的(de)奥秘，对于探测的(de)结果，我们只能拭目(mù)以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗(àn)物质存在，它们(men)极(jí)有(yǒu)可能(néng)拥有(yǒu)另一(yī)种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命(mìng)的(de)诞生，或者说是生命进化的一个重要因素。

如(rú)果这一理论得到进一(yī)步的证实，那么(me)遍布宇(yǔ)宙当中的暗(àn)物(wù)质会不(bù)会意(yì)味着人类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中(zhōng)某(mǒu)个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造(zào)生命。当然，这些推论的大前提是要先找到暗物质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底(dǐ)存不存在(zài)呢？喜欢(huān)请(qǐng)点赞，你的支持(chí)是(shì)我更新的动力！

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