宇宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会存(cún)在(zài)科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物(wù)质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了(le)寻(xún)找暗物质(zhì)存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期实验(yàn)，但是(shì)却没(méi)有发现任何的有效证据(jù)。除(chú)了(le)一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭(jiē)示了宇宙(zhòu)中天体运(yùn)动的(de)规律。往后(hòu)的几百(bǎi)年(nián)来，当天文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨道出现(xiàn)异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力(lì)定律的时候，他(tā)们就会知道，周围一(yī)定有未(wèi)知的(de)天体通过(guò)引力在摄动它的轨道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥(ào)本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的(de)发现(xiàn)都(dōu)是应用万有引(yǐn)力定律所(suǒ)取得重大天文成(chéng)就的例子。但(dàn)是这些发现都(dōu)是在恒星系统的尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的尺度，事情(qíng)就开始(shǐ)变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理(lǐ)学家弗里茨(cí)兹威阅历是什么意思基(jī)正在研(yán)究和测(cè)量后发星系(xì)团的质量。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系(xì)团，这些星系被(bèi)引力束缚在(zài)一起。测量(liàng)星系团的质量一(yī)般会(huì)使用到两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结果一(yī)致，就可(kě)以确(què)定(dìng)其质量的(de)范围。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度学的质(zhì)量(liàng)"，需要的数据(jù)是(shì)测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量(liàng)的计(jì)算，是利用(yòng)光谱(pǔ)红移测(cè)量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系(xì)相对于星系团的运动(dòng)速度。当测量结果(guǒ)出来之后(hòu)，兹威基彻底懵了，“动(dòng)力学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这(zhè)意(yì)味(wèi)着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可见光(guāng)的形式所存在，我们无法看(kàn)到。最(zuì)诡异的是，在测量速(sù)度的过程(chéng)中，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团中很多星系(xì)的速(sù)度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照牛顿的运(yùn)动学定律，仅靠这(zhè)些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在(zài)星系团内(nèi)的，它们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神(shén)秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力(lì)量来源于(yú)某(mǒu)种隐形的(de)物质(zhì)。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提(tí)出了这样部分不(bù)可见(jiàn)的暗质，它不发(fā)散光(guāng)、吸光、反(fǎn)射光，但是它们(men)却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾(gù)。

直到40年(nián)之(zhī)后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才(cái)再(zài)一(yī)次出现。天(tiān)文学家维拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒星运动(dòng)。理论上来(lái)说(shuō)，距离中(zhōng)心越(yuè)远的(de)恒(héng)星在其轨道上(shàng)的运行(xíng)速度就会越慢。但是(shì)他们(men)观测(cè)的结果却让人感(gǎn)到不可思议(yì)。

随着与中心距离的增加(jiā)，恒星的(de)旋转速度几乎保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有引(yǐn)力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外(wài)围的(de)恒星早(zǎo)就被(bèi)甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种相对标准的方法(fǎ)来(lái)解释暗物质(zhì)的存在，这种方法就是测量(liàng)星系(xì)当(dāng)中气体在(zài)X轴上距(jù)离星系中心的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是(shì)由(yóu)暗物质的力量进入其中。

于是(shì)科学(xué)家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距(jù)离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并(bìng)不(bù)符(fú)合牛(niú)顿(dùn)的力学(xué)定律。我(wǒ)们的太(tài)阳(yáng)系也不例外(wài)，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的第(dì)三(sān)悬臂(bì)之上(shàng)，距(jù)离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行(xíng)速度应该是160千米/秒(miǎo)，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在(zài)以220千米/秒的速度(dù)围(wéi)绕银(yín)河系旋转(zhuǎn)，这个(gè)实际速度远远大于(yú)理论速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这种向心加速(sù)度的原因(yīn)很可能就是存在着一种我们(men)看不(bù)到的物质，是这些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也(yě)是从(cóng)这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人(rén)员(yuán)开始相信暗(àn)物质的存(cún)在。科学(xué)家(jiā)根(gēn)据星系外恒星(xīng)轨道(dào)的速度(dù)，估算在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个(gè)星系质(zhì)量(liàng)的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可(kě)以解释这个现(xiàn)象的(de)原因。在一(yī)项新的(de)研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几乎没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另(lìng)外，天文学家还发(fā)现了一个(gè)反(fǎn)常(cháng)的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不多，但(dàn)是星系当中存在的恒星数量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所以(yǐ)在理论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析(xī)。但(dàn)是(shì)科学家们使(shǐ)用最先进的望(wàng)远镜对其(qí)进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发现星系(xì)中的(de)恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正(zhèng)常(cháng)的(de)物质(zhì)和力(lì)学定律来(lái)解释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质，已经被附近的另一个大星系剥离(lí)了。奇(qí)怪的是，它的(de)附(fù)近(jìn)没有(yǒu)任何(hé)星系存(cún)在。造成这些现象的除了暗(àn)物质(zhì)的假说之外，另一种可能(néng)就是人类对引(yǐn)力的理解(jiě)还不(bù)够全(quán)面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺(chǐ)度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式是(shì)不同(tóng)的(de)，这意味着在行星系(xì)尺度中(zhōng)的天体(tǐ)会(huì)沿着它们(men)的轨(guǐ)道，按照(zhào)我们(men)所(suǒ)理解的(de)方式运动。但是上升到(dào)星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之间的相互(hù)作用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星系团之间的相(xiāng)互作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外部场效应的概念，指的是在数(shù)百万光年(nián)的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此(cǐ)特殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论(lùn)叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们(men)需要对现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些(xiē)发现也让很多(duō)人认为暗物(wù)质假说(shuō)理论就此终结(jié)。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的理(lǐ)论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没法解释的“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的(de)子弹(dàn)星系团，由两个碰撞的星系团所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们(men)大(dà)部分的普通质量(liàng)都在星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞(zhuàng)的(de)时候，星际气体的相(xiāng)互作用就会导致温度(dù)的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以在理论上(shàng)，在(zài)碰(pèng)撞之后，子弹星系团大(dà)部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些气(qì)体所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来(lái)验证它的质量(liàng)区(qū)域到底是不是集中(zhōng)在中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)第一张全(quán)彩的高清照片(piàn)，在照(zhào)片中(zhōng)我们(men)可以明显地(dì)看到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形(xíng)变。其(qí)实(shí)这些星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望(wàng)远镜出了什么问题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们(men)地球(qiú)上的观测者之(zhī)间。被一个质(zhì)量超级巨大的天体遮挡，这个超大(dà)质量的东西的引(yǐn)力(lì)，会使身后更遥远星系的光(guāng)都发(fā)生了(le)扭曲。这个现象就(jiù)是引力(lì)透镜(jìng)效应。这(zhè)个巨大的天体可(kě)能是超大质量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星团发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质(zhì)量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接(jiē)通(tōng)过了这(zhè)个(gè)区(qū)域，并(bìng)在两边形(xíng)成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团(tuán)的引力透镜研究也被认为是(shì)暗物质存在的迄(qì)今为止(zhǐ)最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有来自宇宙当中最古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年(nián)之后，可见光终于(yú)可以(yǐ)畅(chàng)通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背(bèi)景(jǐng)上(shàng)留(liú)下了(le)各相同性的微(wēi)波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温度较高的区域，蓝色则表示(shì)相对(duì)较冷的(de)区域(yù)，但实际上它们之间的温(wēn)差只有万分之一(yī)。

科(kē)学家们(men)通过对前景背景(jǐng)分离(lí)后的二值图(tú)像进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之(zhī)后发(fā)现，如(rú)果宇宙(zhòu)当中没(méi)有暗(àn)物质，图形(xíng)看起来不应该是这(zhè)样的(de)，而随着暗物质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度会减小，才(cái)变得看起来“和谐”。为了匹配宇宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需(xū)要的暗物质大约(yuē)是普(pǔ)通物质的(de)5倍(bèi)。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例(lì)是一致的。这就意(yì)味着。

用了一个简单的理论框架，就很(hěn)好地(dì)解(jiě)释了很多不同的观测结果(guǒ)。而暗(àn)物质的本质就是宇宙当中存在(zài)着某(mǒu)种(zhǒng)类型的粒(lì)子，它们不(bù)参与任何(hé)其他的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引(yǐn)力来相互作(zuò)用。所(suǒ)以如(rú)果能够找到这种粒(lì)子(zi)的(de)存在，就相当于(yú)找(zhǎo)到了暗物(wù)质存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到(dào)底是什么？科学家们已(yǐ)经提出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要(yào)的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人(rén)类(lèi阅历是什么意思)为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质相互(hù)作用的(de)“暗物(wù)质”，科(kē)学(xué)家们(men)已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰萨索山，隶属于(yú)阿尔卑斯(sī)山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地(dì)学实验室(shì)，这个实验(yàn)室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子(zi)的周(zhōu)期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年以来，这里的科学家声(shēng)称观测到(dào)了某种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收(shōu)集，人们发现(xiàn)了一个(gè)有趣的(de)事情。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然后在11月降到最低，而且在(zài)20年当中每年都(dōu)是(shì)一样。一些科学(xué)家认为这可能是(shì)人类发现暗物质的(de)第一个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物(wù)质(zhì)会产生(shēng)周(zhōu)期性(xìng)的(de)年(nián)度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系(xì)进(jìn)行(xíng)移动(dòng)，那么如果暗物(wù)质存在宇宙当(dāng)中，这意味(wèi)着我们(men)也在(zài)以这样的速(sù)度在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这(zhè)个过程中(zhōng)会(huì)产生(shēng)相(xiāng)应(yīng)的振荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围绕太(tài)阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半(bàn)年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方(fāng)向(xiàng)与太(tài)阳环(huán)绕银(yín)河系的方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之(zhī)相反(fǎn)。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳(yáng)的方向(xiàng)正好达到完全一致，这是(shì)理论上(shàng)地球穿越暗(àn)物质流最快的时段。而在11月份，又恰好达到(dào)了最(zuì)慢值(zhí)。尽管(guǎn)在(zài)实际的情况中，太阳系相对银河(hé)系的(de)平(píng)面呈现了(le)60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不(bù)影响这个(gè)理论的有效性(xìng)。

因此科(kē)学家(jiā)认为这可(kě)以用(yòng)来解释，研究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性信(xìn)号(hào)。当然(rán)也可(kě)能有其他的情况，造成这种年(nián)度周期信号(hào)的差(chà)异也可能是(shì)温度、湿度、土壤(rǎng)中的水分、高山上的积雪，甚至连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规(guī)律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们(men)又在南(nán)半(bàn)球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相同的实验室，这里的(de)季节(jié)与之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗(àn)物质(zhì)流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里(lǐ)可以得(dé)到(dào)相同的信号，就可(kě)以成为暗物(wù)质所存在的非(fēi)常有(yǒu)力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验(yàn)室(shì)刚刚建成(chéng)不(bù)久，所以截至(zhì)目(mù)前还无(w阅历是什么意思ú)法提供相应(yīng)的数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一(yī)台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做“南(nán)希格雷(léi)斯罗曼(màn)”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的(de)宽视(shì)场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈(hā)勃红外仪器的100倍。南(nán)希格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中(zhōng)一个(gè)关键的用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对于探(tàn)测的结(jié)果，我们只能拭目(mù)以(yǐ)待了。费米实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的(de)科学家(jiā)丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯(sī)特芬研究发(fā)现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可能拥(yōng)有另(lìng)一种神秘的(de)效应(yīng)，这种(zhǒng)暗(àn)物质效应，会支持宇宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实，那么(me)遍布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类(lèi)并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在宇宙当中某个角落的行星上，暗物(wù)质正在通过(guò)这(zhè)样的效应创(chuàng)造生(shēng)命(mìng)。当然，这(zhè)些推论的大前提是要先(xiān)找到暗物质存(cún)在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不(bù)存在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的(de)动力！

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