宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存(cún)在科(kē)学无法(fǎ)解释(shì)的“暗物质”？暗(àn)物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类为了寻找暗物(wù)质存在的(de)证据(jù)，科学(xué)家们(men)在过去的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次(cì)的长(zhǎng)期实验，但是却没有(yǒu)发(fā)现任何(hé)的有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体运动的规(guī)律。往后的(de)几百年(nián)来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运行轨道出现异(yì)常，不符合(hé)万(wàn)有引力定律(lǜ)的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有未知的天(tiān)体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行轨道(dào)的异常，推算并且发现了(le)海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现(xiàn)都是应(yīng)用万有引(yǐn)力定律所取得重(zhòng)大天文成就的例子。但(dàn)是这些发(fā)现(xiàn)都是在(zài)恒星系统(tǒng)的(de)尺度当中，可当我们上(shàng)升(shēng)到星系(xì)或(huò)者是星团的尺度，事情(qíng)就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞(ruì)士的(de)物(wù)理(lǐ)学家弗里茨兹(zī)威基正在(zài)研(yán)究和测(cè)量后发星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数(shù)千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这些星系被引力束(shù)缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质量一般会使(shǐ)用到两种方法，当两种方(fāng)法结果一致(zhì)，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是获得(dé)其"光度学的质量"，需(xū)要的数据(jù)是测量各(gè)个星系(xì)的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测(cè)量星系团中的(de)各个星系相对(duì)于星系团的运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底(dǐ)懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质(zhì)量并不以(yǐ)可见光的形式所存在，我们无法(fǎ)看到。最诡(guǐ)异的是，在测量速度的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度比理(lǐ)论(lùn)上要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅(jǐn)靠(kào)这(zhè)些可见星系的质量所产生的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于某种隐形的物质。

据(jù)此，兹维基提出了(le)这(zhè)样部分不可(kě)见的暗质，它(tā)不发散光、吸光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们(men)却(què)占据着(zhe)宇宙中绝大部分(fēn)的质(zhì)量。只是当时的人们(men)对这样的一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词(cí)才再(zài)一次(cì)出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和(hé)肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理论(lùn)上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们观测(cè)的(de)结果却(què)让(ràng)人(rén)感到不可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离(lí)的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变(biàn)。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果没有足够(gòu)大(dà)的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的(de)恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学(xué)家(jiā)们(men)会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在(zài)X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转速度。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为(wèi)是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进(jìn)入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离(lí)星系(xì)中心更远距(jù)离的氢元素，发现(xiàn)它们的旋(xuán)转速度并不符合牛(niú)顿的力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进行计(jì)算，太阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千米/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(me)产生以上这种向(xiàng)心加速(sù)度(dù)的原因很可能就是存在着(zhe)一种我们看(kàn)不到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一(yī)起。

也是从这时开始，越来越多的研究人员开始相信(xìn)暗(àn)物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道的(de)速度(dù)，估算在星(xīng)系当中(zhōng)暗(àn)物质的质量占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项新的研究当中，科学家们发现，几乎没(méi)有(yǒu)引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还发(fā)现(xiàn)了一(yī)个反(fǎn)常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地球(qiú)大约2.5亿(yì)光(guāng)年，大小和银河系不多，但(dàn)是(shì)星系(xì)当(dāng)中存(cún)在的恒星数量却(què)只有银河系的千分之一(yī)。

所(suǒ)以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质，否则(zé)就(jiù)会分崩离析(xī)。但是科学(xué)家们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之后，发现星(xīng)系(xì)中的恒星运动是(shì)可以用正(zhèng)常(cháng)的物(wù)质和力学定(dìng)律来解释(shì)的(de)。那么(me)又有人提出(chū)，也许该星(xīng)系的(de)暗物质，已经被附近的另一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存(cún)在。造(zào)成这些(xiē)现象的除(chú)了暗物(wù)质的假说之外(wài)，另一种可(kě)能就(jiù)是人类对引力的理解还不够全面，引(yǐn)力很(hěn)可(kě)能在不(bù)同尺度(dù)空(kōng)猫踩奶是认主人了吗，猫咪频繁踩奶是在暗示什么间中的工作方(fāng)式是不(bù)同(tóng)的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的(de)轨道，按照我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和星团的(de)尺(chǐ)度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同的方式。对(duì)于在星系团之间的相互(hù)作用，科学(xué)家还引(yǐn)入(rù)了外部(bù)场效应(yīng)的概念(niàn)，指的是(shì)在数百万(wàn)光(guāng)年(nián)的规模上，巨大的(de)质量之间会(huì)产生对彼此特殊的效(xiào)果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论(lùn)。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味着(zhe)我们需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现也(yě)让很(hěn)多人(rén)认为暗物质假说理(lǐ)论就此终结(jié)。但(dàn)是在(zài)宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存(cún)在的其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证(zhèng)据是蒙德理论(lùn)所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞的星系团所组(zǔ)成，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它(tā)们大部分的普通(tōng)质量都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当(dāng)星(xīng)团以1000万公(gōng)里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作(zuò)用就(jiù)会(huì)导致温(wēn)度(dù)的(de)急剧升高，速度(dù)大幅降低。所以在理(lǐ)论上，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系(xì)团大(dà)部分的(de)质量(liàng)将位于所有这些气体所在的(de)中(zhōng)间(jiān)区域。那么我们通过(guò)什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间呢(ne)？前不久(jiǔ)，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远镜传(chuán)回了宇宙当(dāng)中第一张全彩的高清照片(piàn)，在(zài)照片中我们(men)可以明(míng)显(xiǎn)地看到(dào)很多星系似乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实(shí)这些(xiē)星系本身并不是真的被扭曲了(le)，也不是韦伯望远镜出了什么问题，而是(shì)这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一(yī)个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮挡，这个超大(dà)质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了(le)扭曲(qū)。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个(gè)巨大的天(tiān)体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质(zhì)。

所以当(dāng)人(rén)们对子(zi)弹星(xīng)系团观测的时(shí)候(hòu)，发现它(tā)的大质(zhì)量区域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方法就是当星团发生全部的碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间(jiān)，暗物质则直接通(tōng)过了这个区域，并在两边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力透镜研究也被认(rèn)为是(shì)暗物质存(cún)在的迄今为止最好的理论证据。

除此之(zhī)外(wài)，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老(lǎo)的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中红色的部分表示(shì)温度较高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷(lěng)的(de)区域，但实(shí)际上(shàng)它们之间的(de)温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分离(lí)后的(de)二值图像进行(xíng)连通域提(tí)取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果(guǒ)宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应该是这样的(de)，而随着暗(àn)物(wù)质的(de)增加(jiā)，一些峰值的幅度会减(jiǎn)小(xiǎo)，才变(biàn)得看起来“和谐”。为了匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大(dà)约是普通物(wù)质的5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要(yào)的暗物质比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测结果。而暗(àn)物质的本质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着(zhe)某种类(lèi)型的(de)粒子，它们不参与(yǔ)任何其他(tā)的电磁作用，只通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底(dǐ)是什(shén)么？科学(xué)家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想(xiǎng)目标，而要(yào)寻找这些不猫踩奶是认主人了吗，猫咪频繁踩奶是在暗示什么同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式也不相同。在过去(qù)的(de)几十(shí)年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见(jiàn)、摸(mō)不(bù)到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已经进行了超过50次的(de)实(shí)验，却(què)没有任何实质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一(yī)个地(dì)方，意大(dà)利(lì)的(de)格(gé)兰(lán)萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑斯山脉。

在山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球上最大的地学实验室，这(zhè)个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三(sān)层(céng)楼(lóu)高(gāo)的(de)探测器，一直致力(lì)于(yú)寻找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这(zhè)里的(de)科学家声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了一个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后在(zài)11月降(jiàng)到最低，而且在(zài)20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但(dàn)是为什(shén)么暗物质会产生周期性的年度信号(hào)呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒(miǎo)的(de)速度围绕(rào)着银河系进行移动(dòng)，那么如(rú)果暗物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着我(wǒ)们也(yě)在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产(chǎn)生相(xiāng)应的振荡(dàng)，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进(jìn)行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向(xiàng)是一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地(dì)球与太阳的方向正好(hǎo)达到完全(quán)一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地(dì)球(qiú)穿越暗物(wù)质流最快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达猫踩奶是认主人了吗，猫咪频繁踩奶是在暗示什么(dá)到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的(de)情(qíng)况(kuàng)中，太阳系相对银河系的平(píng)面呈现了60度(dù)的倾斜，但是这(zhè)并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用(yòng)来解释，研究人员们所观(guān)测到的周(zhōu)期性(xìng)信号。当然也可能有其他的情(qíng)况，造成这种年度(dù)周期(qī)信号的差异也可能是温度、湿度、土壤中的水分(fēn)、高山上(shàng)的积雪，甚至连(lián)意(yì)大利游客的数量(liàng)也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在(zài)南(nán)半球(qiú)建立(lì)了一(yī)个几乎(hū)相同的实验室(shì)，这(zhè)里(lǐ)的季节与之前(qián)的实(shí)验室(shì)正(zhèng)好相反，而在这(zhè)里，地(dì)球穿过(guò)暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一(yī)个实验室是一样的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以成(chéng)为暗(àn)物质所存在(zài)的非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这个实(shí)验(yàn)室刚刚建(jiàn)成不(bù)久，所(suǒ)以截至目前还无(wú)法(fǎ)提供相应的数据支(zhī)持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的望(wàng)远镜，这台太(tài)空望远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的(de)主镜大(dà)小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但(dàn)它的宽视场仪器提(tí)供的视野是(shì)哈勃红外(wài)仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗(àn)物质(zhì)背(bèi)后的奥(ào)秘(mì)，对于探(tàn)测的结果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科学家丹(dān)琥(hǔ)珀和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究(jiū)发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这种暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的(de)诞(dàn)生，或者(zhě)说(shuō)是生(shēng)命(mìng)进化的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得到(dào)进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会不会意味(wèi)着(zhe)人(rén)类并不孤单(dān)呢？或(huò)许在宇宙(zhòu)当中某(mǒu)个角(jiǎo)落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这(zhè)样的效(xiào)应创造生(shēng)命。当然，这些推论的大前提是要(yào)先找到暗物(wù)质(zhì)存(cún)在(zài)的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存(cún)不存在(zài)呢？喜(xǐ)欢请点赞(zàn)，你的(de)支持是我(wǒ)更新的(de)动力！

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