宇宙是(shì)“人为制造”的？为何会存在科(kē)学无法(fǎ)解释的“暗物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟(jìng)是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证(zhèng)据，科学(xué)家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次(cì)的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现(xiàn)任何(hé)的有效证据。除了(le)一个(gè)地方，在1687年出版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一(yī)书中，埃萨(sà)克牛顿(dùn)发表(biǎo)了万有引力(lì)定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年来，当天(tiān)文学家们发现某些天体(tǐ)运行(xíng)轨道出现异常，不符合万有引力定(dìng)律的时候，他们(men)就会(huì)知道(dào)，周围(wéi)一定有未知的天体通过(guò)引力在摄动它(tā)的轨道。比如在(zài)1846年(nián)，奥本勒维(wéi)耶(yé)就(jiù)通(tōng)过天王星运行轨道的异(yì)常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星(xīng)的(de)存在。另外，哈雷彗(huì)星、冥(míng)王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有(yǒu)引力定律(lǜ)所(suǒ)取得(dé)重大天文成就的例子。但是(shì)这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家(jiā)弗(fú)里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量(liàng)后发(fā)星系团的质量。这是一个由数千个星系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法，当(dāng)两(liǎng)种方法(fǎ)结(jié)果(guǒ)一(yī)致，就(jiù)可以确定其质量(liàng)的范(fàn)围。

第一种是获得其"光度(dù)学的质量"，需要(yào)的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是(shì)动力(lì)学质量(liàng)的计算，是利用光(guāng)谱红(hóng)移测(cè)量星系团中的各个(gè)星(xīng)系相对(duì)于星系团(tuán)的运动速度(dù)。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力学质量”竟然是“光(guāng)度学质(zhì)量”的400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质量消(xiāo)失了，或者说这99%的质量并(bìng)不(bù)以可(kě)见光(guāng)的形式所(suǒ)存(cún)在，我们无法看(kàn)到。最诡异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团(tuán)中很多(duō)星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量(liàng)所产(chǎn)生的(de)引力是无(wú)法将它(tā)们束缚在星系团(tuán)内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种(zhǒng)神秘的力量在起作(zuò)用，这种(zhǒng)力(lì)量来源于(yú)某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不可见的暗质，它(tā)不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但(dàn)是它们却(què)占(zhàn)据(jù)着(zhe)宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们(men)对(duì)这样的一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后(hòu)，“暗物质”这个词才(cái)再(zài)一次出现。天文(w娜能组成什么词，娜字能组什么词语én)学家维拉鲁宾和肯特福特(tè)在(zài)观(guān)测仙(xiān)女座(zuò)星系中的恒星运(yùn)动。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其(qí)轨(guǐ)道上(shàng)的运行速(sù)度就会越慢。但(dàn)是他们观测的结(jié)果却让人感(gǎn)到不(bù)可思议。

随着(zhe)与中(zhōng)心距(jù)离的增加，恒星(xīng)的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可(kě)是根(gēn)据牛顿(dùn)的万有(yǒu)引力定律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量来(lái)吸引它们，这些外围(wéi)的恒星早就(jiù)被甩(shuǎi)到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体(tǐ)在X轴上距离星(xīng)系中心的(de)距离，以及在(zài)Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常的结果，就认为是由暗物质的力(lì)量(liàng)进(jìn)入其中。

于是科学家们通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符(fú)合牛(niú)顿的力学定律。我们的太阳系(xì)也不例外，太阳系位于银(yín)河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定律进(jìn)行(xíng)计(jì)算，太阳系的运行速度应(yīng)该是(shì)160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒(miǎo)的(de)速度围绕银河系旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理论(lùn)速(sù)度，那么产生以(yǐ)上(shàng)这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看(kàn)不到的(de)物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了(le)一起。

也是从这(zhè)时开始(shǐ)，越来越多的研究(jiū)人员开(kāi)始相信暗物质的存在。科学(xué)家根据星系外恒星轨道(dào)的速度，估算在星系当中暗(àn)物质的质量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物(wù)质并(bìng)不(bù)是唯(wéi)一可以解释这个现象的原(yuán)因。在(zài)一项新的研究当中(zhōng)，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之(zhī)间，也会出(chū)现速度(dù)上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文学家还发现了(le)一个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这(zhè)个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河(hé)系不多，但是星系当中存(cún)在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银河系的(de)千分之(zhī)一。

所以在(zài)理论上，该星(xīng)系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是科学家们使用(yòng)最先(xiān)进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中的(de)恒星运动是可(kě)以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学(xué)定(dìng)律(lǜ)来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该星系的暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近的另一(yī)个(gè)大星系剥离(lí)了。奇怪的(de)是，它的附近没有任(rèn)何星(xīng)系(xì)存在。造成(chéng)这些现象的除了暗(àn)物质的(de)假(jiǎ)说(shuō)之外，另一种可能就(jiù)是(shì)人(rén)类对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力很可能在不同尺度空间(jiān)中的工作方(fāng)式是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体会沿着(zhe)它们的轨道，按照我(wǒ)们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和星团(tuán)的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的(de)是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上(shàng)，巨大的(de)质量之间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊(shū)的效果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对现在的物理定(dìng)律(lǜ)进(jìn)行修正，这些发现也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质(zhì)存(cún)在的(de)其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些理论证据是蒙德理论所(suǒ)没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹星(xīng)系团(tuán)，由(yóu)两个(gè)碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大(dà)部(bù)分的普通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小(xiǎo)时发(fā)生碰撞的时候，星际气体的相互作(zuò)用就会导致温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅(fú)降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星系团大部分的(de)质量将位于所有这些气体所在(zài)的中间(jiān)区域。那么(me)我们通过(guò)什(shén)么来验证它的质量区域到底是不是集(jí)中在中间呢？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯(sī)韦伯太空望远镜(jìng)传(chuán)回(huí)了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎(hū)被拉(lā)伸产生了(le)巨大(dà)的(de)形变。其(qí)实这(zhè)些星系本(běn)身并不是真的被扭(niǔ)曲了，也不是韦伯望远镜(jìng)出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极(jí)遥远的天体(tǐ)和我们地球(qiú)上的观(guān)测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体(tǐ)遮挡，这个(gè)超大质量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭(niǔ)曲。这个现象就是(shì)引(yǐn)力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞或者是暗(àn)物质。

所以当人(rén)们对子弹星(xīng)系团观(guān)测的(de)时(shí)候，发(fā)现它的大质量区域并(bìng)不是(shì)在中间，而是在两侧。所(suǒ)以最(zuì)好的(de)解释(shì)方法就是当星团发生全部的碰撞时，可被(bèi)观(guān)测(cè)到的质量气体被卡在(zài)了(le)中间(jiān)，暗物质(zhì)则(zé)直(zhí)接(jiē)通过了这(zhè)个区域，并(bìng)在两边形成了引力(lì)透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最好的理(lǐ)论证(zhèng)据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的光。从宇(yǔ)宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在宇宙当中了。经过了130多亿(yì)年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇宙空(kōng)间背(bèi)景(jǐng)上留(liú)下(xià)了各相(xiāng)同性的(de)微波辐射。其(qí)中红色的部(bù)分(fēn)表示温度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但(dàn)实际上它们之间的(de)温差只有万分之一。

科学(xué)家们通过(guò)对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二(èr)值图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和(hé)标记之后发现，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有(yǒu)暗物质，图(tú)形(xíng)看(kàn)起(qǐ)来不应该是(shì)这样的，而随着(zhe)暗(àn)物质的增(zēng)加(jiā)，一些(xiē)峰值的(de)幅度会减小，才变得看起来(lái)“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需(xū)要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍(bèi)。这个(gè)数(shù)字与解释星系当中(zhōng)恒星运动所(suǒ)需要(yào)的(de)暗物(wù)质(zhì)比例(lì)是一致的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用(yòng)了一个简单的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而暗物(wù)质的本质就是宇宙当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着某种类型的粒(lì)子(zi)，它们不参(cān)与任(rèn)何其他的电磁(cí)作(zuò)用，只(zhǐ)通过(guò)引力来相互作用。所(suǒ)以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就相当于找到了暗物质(zhì)存在的实际证(zhèng)据。这种粒(lì)子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已经(jīng)提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要寻找这些不同的目(mù)标粒子所(suǒ)需(xū)要的实验方式(shì)也(yě)不(bù)相同。在过(guò)去的几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不见、摸(mō)不到，几乎不会与常(cháng)规物质相互作(zuò)用的“暗物质”，科(kē)学(xué)家们已经进行了(le)超(chāo)过50次的(de)实(shí)验(yàn)，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地(dì)下矿井当中(zhōng)，藏(cáng)着地球(qiú)上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找暗(àn)物质粒子的周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里(lǐ)的(de)科学家声称观测到了某种信(xìn)号(hào)。经过了20多年的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣的事(shì)情(qíng)。探测率会(huì)在每年的6月份(fèn)达到峰值(zhí)，然后在11月降到最(zuì)低，而且在20年当(dāng)中每年都是(shì)一样。一(yī)些(xiē)科学家认为这可能是人类发(fā)现暗物质的(de)第一(yī)个直接(jiē)证据。

但(dàn)是(shì)为什么暗物质(zhì)会产生周期性的年度(dù)信(xìn)号呢？刚(gāng)才(cái)我们讲了太(tài)阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的速度围绕(rào)着银河(hé)系进行(xíng)移动，那(nà)么(me)如果暗(àn)物质存(cún)在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在(zài)穿越(yuè)着(zhe)暗(àn)物质(zhì)流，这(zhè)个过程(chéng)中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地(dì)球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转。所以(yǐ)有半年的时间，地球围绕太阳(yáng)的(de)方向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河(hé)系的方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半(bàn)年则与之相(xiāng)反。

而(ér)在6月份的(de)时候(hòu)，地球与(yǔ)太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一致，这是(shì)理论上地(d娜能组成什么词，娜字能组什么词语ì)球穿越暗物(wù)质(zhì)流最快(kuài)的时段(duàn)。而(ér)在11月份，又(yòu)恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河系的平面呈现了60度的倾(qīng)斜，但是(shì)这并不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这(zhè)可以用来解释(shì)，研(yán)究人员们所观测到的周期性信号(hào)。当然也(yě)可能有其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差异也可能(néng)是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中的水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以(yǐ)，科学(xué)家们又在南半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验室，这里的季(jì)节与之前(qián)的(de)实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和第(dì)一个(gè)实(shí)验(yàn)室(shì)是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相同(tóng)的(de)信(xìn)号，就可以成为暗(àn)物质所存在的非常有力的证(zhèng)据了。但(dàn)是由(yóu)于这个实验室刚(gāng)刚建(jiàn)成(chéng)不久，所以截(jié)至目前还无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜大小(xiǎo)跟(gēn)哈(hā)勃望远镜(jìn娜能组成什么词，娜字能组什么词语g)相同，但它的宽视场仪器提供的视(shì)野是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南(nán)希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途(tú)就是探索暗物质背后(hòu)的奥(ào)秘，对于(yú)探测的结果，我们(men)只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验(yàn)室粒子(zi)天(tiān)体物理(lǐ)中心的(de)科学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬(fēn)研究发(fā)现，如果暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另一种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应(yīng)，会支持宇宙当(dāng)中生命(mìng)的诞生，或者说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重要(yào)因素。

如(rú)果这一理论得到进一步的证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当(dāng)中的暗物质会不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在(zài)宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在通(tōng)过这样的效应创造生命。当然，这些推论(lùn)的(de)大前提是要先找到暗物质存(cún)在的(de)实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动力！

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