宇宙是“人(rén)为制造”的？为何(hé)会存在科(kē)学无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又究竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的(de)证据，科学(xué)家们在过去的几(jǐ)十年当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了一(yī)个地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然哲学数(shù)学(xué)原理一书中，埃(āi)萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引力定律，它揭示(shì)了宇宙(zhòu)中天体运动的(de)规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天文学家们(men)发现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不符合万有引力定律的时候，他们就会知道，周围一定有未(wèi)知的天体(tǐ)通过引力在(zài)摄动它(tā)的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运(yùn)行轨道(dào)的(de)异(yì)常，推算并且(qiě)发(fā)现了海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力(lì)定律所取得重大天文成(chéng)就的例子(zi)。但是这(zhè)些发现都是在(zài)恒星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度(dù)，事(shì)情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后(hòu)发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一个(gè)由数千个星系所组(zǔ)成的巨(jù)大星系团，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在一起。测量(liàng)星系团的质量一般会使用到(dào)两种方法(fǎ)，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可以确定其(qí)质量的范(fàn)围(wéi)。

第一种(zhǒng)是(shì)获(huò)得(dé)其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要(yào)的数据是测量各(gè)个星系的(de)光度。

第(dì)二种是动(dòng)力学质量的计算(suàn)，是利用光(guāng)谱红移测量星(xīng)系团中的各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当测量结果出(chū)来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质(zhì)量(liàng)”竟然是“光(guāng)度学(xué)质(zhì)量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团(tuán)有99%的(de)质量(liàng)消(xiāo)失了，或者说这99%的质量(liàng)并不以可见光的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛(niú)顿的运动(dòng)学定律，仅靠这些(xiē)可见星(xīng)系的质量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚在星系团(tuán)内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之外了(le)，除非有一(yī)种神秘的力(lì)量在(zài)起(qǐ)作用，这种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源于(yú)某种(zhǒng)隐(yǐn)形的物质。

据此，兹维基提出了(le)这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不(bù)发(fā)散光、吸光、反射(shè)光(guāng)，但是它们(men)却占据着宇宙(zhòu)中绝大部分的质量。只是当时的人们对这样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物质”这(zhè)个词(cí)才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理(lǐ)论上(shàng)来(lái)说，距离中(zhōng)心(xīn)越远的恒星在其轨道(dào)上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢(màn)。但是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与(yǔ)中(zhōng)心距离(lí)的(de)增加(jiā)，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是(shì)根据(jù)牛(niú)顿(dùn)的万有引(yǐn)力定律，在星系当(dāng)中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于这种现象，科(kē)学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星系中心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋(xuán)转(zhuǎn)速度。如果出(chū)现(xiàn)异常的结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗物质的力(lì)量进入其中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距(jù)离星系中心更(gèng)远距(jù)离的(de)氢元(yuán)素(sù)，发(fā)现它们的旋转速度(dù)并不(bù)符(fú)合牛顿的力学定律。我们的太(tài)阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河(hé)系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定(dìng)律进行计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该是(shì)160千米/秒(miǎo)，但实际上，太阳系正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银河(hé)系旋转，这个(gè)实际速(sù)度远远大于(yú)理论速度，那么产生以上(shàng)这种向心加速度(dù)的原因很可能就是存在着一种我们(men)看不到(dào)的物质(zhì)，是这些(xiē)暗物质的引力效(xiào)应将星(xīng)系聚集在了(le)一起。

也(yě)是从这时开始，越来(lái)越多(duō)的研究人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存在。科学家根据(jù)星系外恒星轨道的速度，估算在星(xīng)系当中暗物(wù)质(zhì)的质(zhì)量占(zhàn)整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质(zhì)并不是唯一可以解释这(zhè)个现象的原因。在一项新的研究当中，科(kē)学家们(men)发现，几乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上(shàng)的微小(xiǎo)差异。另(lìng)外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的(de)星系(xì)，叫(jiào)做(zuò)Agc114905。这个星系距离地(dì)球大(dà)约2.5亿光(guāng)年，大小(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在(zài)暗(àn)物(wù)质，否则(zé)就会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最(zuì)先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对(duì)其进行了40个(gè)小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现(xiàn)星系中(zhōng)的恒星运动是可以(yǐ)用正常的物质和力学定律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被(bèi)附近的另一个大星系剥离了(le)。奇怪的是，它的附(fù)近没有(yǒu)任何星(xīng)系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除(chú)了暗物质的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力(lì)很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的(de)工作方式(shì)是不同的，这意(yì)味着在(zài)行星系尺度中的天(tiān)体(tǐ)会沿着它们的轨道(dào)，按照我(wǒ)们所理(lǐ)解的方式(shì)运动。但是上升到星(xīng)系和星团的尺度，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对于在星系团(tuán)之间的相(xiāng)互作用，科学家还引入了外部场(chǎng)效(xiào)应的(de)概念，指的是在数百万(wàn)光(guāng)年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会(huì)产(chǎn)生对彼此特(tè)殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我们需要对(duì)现在(zài)的物(wù)理定律进(jìn)行(xíng)修正，这些发现也让(ràng)很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗(àn)物质(zhì)存在的(de)其他的理(lǐ)论证据，这些理(lǐ)论证据(jù)是(shì)蒙德理论所(suǒ)没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类(lèi)似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通(tōng)质量都在星系的气(qì)体(tǐ)当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发(fā)生碰(pèng)撞的时候，星际气体(tǐ)的相互(hù)作用(yòng)就会导致温(wēn)度的急剧(jù)升高，速(sù)度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通过什么来验证它的质量区域到(dào)底是不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦伯(bó)太空望远镜传回了宇宙当(dāng)中(zhōng)第一张全彩的(de)高清照(zhào)片，在照(zhào)片中(zhōng)我们可以明显地(dì)看到很多星(xīng)系似乎被拉伸产生了巨(jù)大(dà)的(de)形变。其实(shí)这些(xiē)星(xīng)系本身(shēn)并不是真的(de)被扭曲了，也不是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题(tí)，而是(shì)这样极遥远的天体和我们地球上的(de)观测者之间(jiān)。被(bèi)一(yī)个质量(liàng)超级(jí)巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的(de)引力，会使身后(hòu)更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生了扭曲。这(zhè)个现(xiàn)象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可(kě)能是超大质(zhì)量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子(zi)弹星(xīng)系团观(guān)测的时候，发现它的大(dà)质量(liàng)区域(yù)并(bìng)不是在(zài)中间，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以最好的(de)解(jiě)释方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测到(dào)的质量气体被卡在了(le)中间，暗物(wù)质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边(biān)形(xíng)成了(le)引(yǐn)力透镜。对子(zi)弹星系团的(de)引力透镜研究也被认为(wèi)是暗物质(zhì)存在的(de)迄今为止最(zuì)好的(de)理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇(yǔ)宙当中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jià妆前乳是什么东西，妆前乳是啥东西n)光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了。经(jīng)过了130多亿年之后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下了各相同(tóng)性的微(wēi)波辐射(shè)。其中红色的(de)部分表示温度(dù)较高的区域，蓝色则表(biǎo)示(shì)相对较冷的区域，但实际上它们之间的(de)温差(chà)只有万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通过(guò)对前景(jǐng)背景分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之(zhī)后发现(xiàn)，如果宇宙当中没有暗物(wù)质，图形看(kà妆前乳是什么东西，妆前乳是啥东西n)起来不(bù)应(yīng)该是(shì)这样的(de)，而(ér)随着暗(àn)物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减小(xiǎo)，才变得(dé)看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景(jǐng)辐射的测(cè)量(liàng)值，我(wǒ)们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的(de)5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致(zhì)的。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论(lùn)框(kuāng)架，就很好地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的(de)本(běn)质就是宇宙当中存在着某种类型的粒子，它们不参(cān)与任何其(qí)他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通过(guò)引力来(lái)相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了(le)暗(àn)物质存在(zài)的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科(kē)学家们已经(jīng)提(tí)出了数十种的假想目标，而要(yào)寻找这些不同的(de)目标粒(lì)子所(suǒ)需(xū)要(yào)的实验(yàn)方式也不相同。在过(guò)去(qù)的几十年当中，人类为(wèi)了寻找这些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几(jǐ)乎不会与常规物质(zhì)相互作用的“暗物(wù)质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有任何实质性的发现，除了一个地(dì)方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯(sī)山(shān)脉(mài)。

在山下1400米处(chù)的地下(xià)矿(kuàng)井当中，藏着地球(qiú)上最大的地学实验室，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一直致力于寻找暗物(wù)质粒(lì)子的周(zhōu)期(qī)性(xìng)震荡(dàng)。

自1997年以(yǐ)来，这里(lǐ)的科学家(jiā)声称观测到(dào)了某种信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收集，人们发现了一个有趣的(de)事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学(xué)家认为这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直接(jiē)证据(jù)。

但是为什么暗物质会(huì)产(chǎn)生周期性的(de)年度信号呢？刚才我(wǒ)们讲(jiǎng)了(le)太阳系正在以220公里(lǐ)/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进行移动，那(nà)么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也(yě)在以(yǐ)这(zhè)样的速度在穿(chuān)越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这个过程中会产生相(xiāng)应的振(zhèn)荡，同(tóng)时地球又以30公里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半(bàn)年(nián)的时间(jiān)，地(dì)球围绕太阳的方向与太(tài)阳环绕(rào)银(yín)河系的方向是一致的，而(ér)另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的时候，地球与(yǔ)太阳(yáng)的方向正(zhèng)好达到完全一致(zhì)，这是理论上地球穿越(yuè)暗物质流(liú)最快的时(shí)段。而在11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为这可以用来解释，研究人(rén)员们所(suǒ)观(guān)测到的周期性信号。当然也可(kě)能有(yǒu)其他的情(qíng)况，造成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可能(néng)是温度、湿度、土壤中的(de)水分、高山上的积雪，甚(shèn)至连意大(dà)利游客(kè)的数量(liàng)也符(fú)合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实验室，这里的(de)季(jì)节与之前的实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球(qiú)穿过暗物(wù)质流的运动特征和第一个实验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果(guǒ)在这里可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可以成为(wèi)暗物质所存在的(de)非常有力(lì)的证据了。但是由于这个实验室刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至目前还(hái)无(wú)法提供相应的数(shù)据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发射(shè)一台新的望远镜，这台太空望远镜(jìng)叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃望(wàng)远(yuǎn)镜相(xiāng)同(tóng)，但(dàn)它的宽视(shì)场仪(yí)器提供的视野(yě)是哈勃红外仪(yí)器的100倍。南希格雷斯罗曼太空(kōng)望远镜(jìng)其中一(yī)个关键的用(yòng)途(tú)就是探索暗(àn)物(wù)质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果，我们(men)只能拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特(tè)芬研究发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有(yǒu)可(kě)能拥有另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的一个重要因素。

如果这一理论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的暗物质会不会(huì)意(yì)味(wèi)着人(rén)类并(bìng)不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物(wù)质正(zhèng)在通过这样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当(dāng)然，这些推论(lùn)的大前提是要先找到暗(àn)物(wù)质(zhì)存在(zài)的实际证(zhèng)据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们(men)，你们觉得(dé)暗物质(zhì)到底(dǐ)存(cún)不存在呢(ne)？喜(xǐ)欢请(qǐng)点赞(zàn)，你的(de)支(zhī)持是我(wǒ)更新的动力(lì)！

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