宇(yǔ)宙是“人为制造”的(de)？为何会存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们在过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超过(guò)50次(cì)的长期实验，但是却没有发现任何的(de)有(yǒu)效证(zhèng)据。除了一(yī)个(gè)地方，在1687年出版的自然哲学数学原(yuán)理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律(lǜ)，它(tā)揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运(yùn)动的规律。往后(hòu)的几百年(nián)来(lái)，当天文学家(jiā)们发(fā)现某(mǒu)些天体运行轨道出(chū)现异常，不(bù)符合万有引力定律(lǜ)的时(shí)候(hòu)，他(tā)们就会知道，周(zhōu)围(wéi)一定有未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本(běn)勒(lēi)维耶就通(tōng)过(guò)天王星运行轨道的(de)异常(cháng)，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定律所取得重大天(tiān)文成(chéng)就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或(huò)者是星团的尺度(dù)，事情(qíng)就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研究和(hé)测量后发星系团(tuán)的(de)质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组成的巨大星系团，这些星(xīng)系被引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团(tuán)的质量一(yī)般会(huì)使用到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两(liǎng)种(zhǒng)方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质量"，需要的数(shù)据(jù)是测(cè)量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系(xì)团中的各(gè)个(gè)星系相对于星系团的运动速度(dù)。当(dāng)测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质(zhì)量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质(zhì)量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不(bù)以(yǐ)可见光的(de)形(xíng)式(shì)所存(cún)在，我(wǒ)们无法看到。最诡异的是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星(xīng)系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理论上(shàng)要快得(dé)多，按照牛顿的(de)运动学定律，仅靠这些(xiē)可见星系的质(zhì)量所(suǒ)产生的引(yǐn)力是无法将它们束(shù)缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一种(zhǒng)神秘的(de)力量在(zài)起作用，这种力量(liàng)来源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维(wéi)基(jī)提出了这(zhè)样部分不(bù)可见的暗(àn)质，它(tā)不发散(sàn)光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它(tā)们却占据着宇宙中(zhōng)绝大部分的质量。只(zhǐ)是(shì)当时的人(rén)们对这样(yàng)的一种说(shuō)法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再(zài)一次出现。天文学家维拉鲁宾和肯(kěn)特福特在观测仙女座星系中的(de)恒星运动。理论上(shàng)来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心(xīn)越远(yuǎn)的恒星(xīng)在(zài)其(qí)轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是他们观(guān)测的结(jié)果却让(ràng)人感到不可思议。

随着(zhe)与中心距离的(de)增加，恒(héng)星的旋转速度几乎保持(chí)不变。可是根(gēn)据牛顿的万有引力定(dìng)律(lǜ)，在星(xīng)系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象，科学家(jiā)们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法(fǎ)就是测量(liàng)星系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的(de)旋(xuán)转(zhuǎn)速(sù)度。如(rú)果出(chū)现异常(cháng)的结(jié)果，就认为是(shì)由暗物(wù)质的力量进(jìn)入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通(tōng)过射电望远镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离(lí)的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例外，太(tài)阳系位于银河系(xì)的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离(lí)银河(hé)系(xì)中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律(lǜ)进行计算，太阳系的运(yùn)行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋(xuán)转，这个实际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到(dào)的物质(zhì)，是这些暗物质的引力效应将星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从这时开(kāi)始，越来越(yuè)多的研究人(rén)员开始(shǐ)相信(xìn)暗物质的存在(zài)。科学家根据(jù)星系外(wài)恒星(xīng)轨道的速度(dù)，估算在星系(xì)当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个(gè)星(xīng)系质(zhì)量的(de)85%。但是，暗物质并不(bù)是唯一可以解释这个现象的原(yuán)因(yīn)。在一(yī)项新的研(yán)究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之间，也会出现速度上的微小差异。另外(wài)，天(tiān)文学(xué)家(jiā)还发(fā)现了一个(gè)反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球(qiú)大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系不多，但(dàn)是星系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银河(hé)系的千分之一。

所(suǒ)以在理论(lùn)上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物(wù)质，否则就会分崩离析。但是(shì)科(kē)学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜(jìng)对其进行(xíng)了40个小时的详(xiáng)细测量之后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星系的暗物质，已经被(bèi)附近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它的(de)附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假(jiǎ)说之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的(de)理解还不够全面(miàn)，引力(lì)很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中(zhōng)的天(tiān)体会(huì)沿着(zhe)它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上升(shēng)到星系和(hé)星(xīng)团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的(de)方(fāng)式(shì)。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的(de)相互(hù)作(zuò)用，科(kē)学家还引入(rù)了外部场(chǎng)效(xiào)应的概念，指的是在数百万光年的(de)规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效(xiào)果，这个理论(lùn)叫做MOND蒙(méng)德(dé)理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论(lùn)成立，这意(yì)味着我们需要(yào)对现在的物(wù)理定律进行(xíng)修正，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论(lùn)就此终(zhōng)结。但(dàn)是(shì)在宇(yǔ)宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的(de)其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论证据(jù)是蒙德理论(lùn)所没法解释(shì)的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似这样的(de)星团(tuán)，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气(qì)体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小时(shí)发生碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导致(zhì)温度的急剧升高(gāo)，速度大(dà)幅降低。所以在(zài)理论上(shàng)，在碰撞之后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位于所有这些气(qì)体所在的中间(jiān)区域。那么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质(zhì)量区(qū)域到底(dǐ)是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前(qián)不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯(bó)太空望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高清照片，在(zài)照(zhào)片中我们可以明显地看(kàn)到很(hěn)多(duō)星系似乎被拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大的形变。其实这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了什么问题，而是这(zhè)样极遥远的天体和我们地球上的(de)观(guān)测者之间。被(bèi)一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量(liàng)的东西的引(yǐn)力，会使身后(hòu)更(gèng)遥远星(xīng)系(xì)的(de)光都发生(shēng)了扭曲。这个现(xiàn)象就是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天(tiān)体可能是超大(dà)质量的黑洞或者(zhě)是暗物质(zhì)。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发(fā)现它(tā)的大质量区域(yù)并不是在中间，而是在(zài)两侧。所以最好(hǎo)的解释方(fāng)法(fǎ)就是成大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思，干大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思当(dāng)星团发生全部的碰撞时，可被观测到(dào)的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质则直接通过了这个区(qū)域，并(bìng)在两(liǎng)边形成了引力透镜(jìng)。对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也(yě)被认为是(shì)暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证(zhèng)据。

除此之(zhī)外，还有来自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古(gǔ)老的(de)光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可(kě)以畅(chàng)通(tōng)无阻地穿越在宇成大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思，干大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温度较高(gāo)的区(qū)域，蓝色则表示相对较冷的区(qū)域，但实(shí)际上它(tā)们之(zhī)间的(de)温差只有万分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙(zhòu)当中没有(yǒu)暗物(wù)质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减小，才(cái)变得看起来“和(hé)谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质的5倍。这个数字与解释(shì)星(xīng)系当(dāng)中恒星运(yùn)动(dòng)所需要(yào)的(de)暗(àn)物质比例是(shì)一致的。这就意味着。

用(yòng)了一(yī)个简单(dān)的理论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地(dì)解释了很多(duō)不同的观(guān)测结果。而(ér)暗(àn)物质的本(běn)质就(jiù)是(shì)宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与任何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能(néng)够找到这种粒子的(de)存在，就相当于(yú)找到(dào)了暗物质存在的(de)实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是什么？科(kē)学(xué)家们已(yǐ)经提出了(le)数(shù)十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要(yào)寻(xún)找(zhǎo)这些不同的目标粒子所需要(yào)的(de)实验方式也(yě)不相同(tóng)。在过去(qù)的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这(zhè)些看不(bù)见(jiàn)、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了(le)超(chāo)过(guò)50次(cì)的实验(yàn)，却(què)没有任(rèn)何实质性(xìng)的发(fā)现，除了(le)一(yī)个地方，意大利的(de)格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学(xué)实验室，这个实(shí)验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层(céng)楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这(zhè)里的科学家声称观测到了某种信号。经过(guò)了20多年的数据收集，人们发(fā)现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年的6月份达(dá)到(dào)峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中(zhōng)每年都是一样。一些科(kē)学家认(rèn)为(wèi)这可(kě)能是人类(lèi)发现暗物(wù)质的第一个直接证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产(chǎn)生(shēng)周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢？刚(gāng)才我(wǒ)们讲了太阳(yáng)系正在(zài)以(yǐ)220公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕着银河系进行(xíng)移动(dòng)，那(nà)么如果暗(àn)物质存在宇(yǔ)宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样的速度(dù)在穿(chuān)越着(zhe)暗物质流，这个(gè)过程中会(huì)产生相应的(de)振(zhèn)荡，同(tóng)时地(dì)球又以30公里/秒的速(sù)度围绕太阳(yáng)进(jìn)行旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方(fāng)向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相(xiāng)反。

而在6月份的(de)时候，地球与(yǔ)太(tài)阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全(quán)一致，这是理论(lùn)上地球穿越(yuè)暗物(wù)质流最快(kuài)的时段。而(ér)在11月(yuè)份(fèn)，又恰(qià)好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的情(qíng)况中，太阳系相对(duì)银河系的平面(miàn)呈现了60度(dù)的倾斜，但是(shì)这并不(bù)影响(xiǎng)这个理论的(de)有效(xiào)性。

因此(cǐ)科(kē)学家认为(wèi)这(zhè)可以(yǐ)用来解释，研(yán)究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信号。当(dāng)然也可能有其他的情况，造成这(zhè)种年度周期信号(hào)的差异也(yě)可(kě)能是温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利游客的数量(liàng)成大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思，干大事者必先苦其心志劳其筋骨什么意思也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所(suǒ)以，科学(xué)家们(men)又(yòu)在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实验室，这里的季节(jié)与之前的实验室(shì)正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物(wù)质(zhì)流的运动特征和第一个实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果在这里可以(yǐ)得到相(xiāng)同的信号，就可(kě)以成(chéng)为暗物质所存在的非常(cháng)有力(lì)的证据了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久，所以截至目(mù)前(qián)还无(wú)法(fǎ)提供相(xiāng)应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜叫做“南希格雷斯罗曼(màn)”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽视场仪(yí)器提供(gōng)的视野是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用途(tú)就是探索暗物质背(bèi)后的奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以(yǐ)待了。费米实(shí)验室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中心的(de)科(kē)学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存(cún)在，它们(men)极有可能拥有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会(huì)支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得到进(jìn)一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意味着人类并不(bù)孤(gū)单呢(ne)？或许(xǔ)在宇宙当(dāng)中(zhōng)某(mǒu)个角落的(de)行星上，暗物质正在(zài)通过这样的效应(yīng)创造生命(mìng)。当然，这些推(tuī)论(lùn)的(de)大前(qián)提是要先找到暗物质存在的实际(jì)证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质(zhì)到底存不存(cún)在呢？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我(wǒ)更(gèng)新的动力！

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