宇宙(zhòu)是(shì)“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在(zài)科(kē)学无法解(jiě)释的“暗(àn)物质(zhì)”？暗物质(zhì)又究竟是(shì)什么？人类(lèi)为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超过50次的长(zhǎng)期(qī)实验，但是却没有发现任何的有效证(zhèng)据。除了(le)一个地(dì)方，在1687年(nián)出版(bǎn)的(de)自然哲学数(shù)学原理(lǐ)一书中，埃(āi)萨克牛(niú)顿(dùn)发(fā)表了万有引力定律，它(tā)揭示(shì)了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的几(jǐ)百年来，当天文学家们(men)发现某些(xiē)天体(tǐ)运行轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律的(de)时候(hòu)，他们就会知道(dào)，周围一定有未知(zhī)的天(tiān)体通(tōng)过引力在(zài)摄动它的轨道。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王(wáng)星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现(xiàn)了海王星(xīng)的存(cún)在。另外(wài)，哈(hā)雷彗星、冥王星(xīng)的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取(qǔ)得重大天(tiān)文成就的例(lì)子(zi)。但(dàn)是这些发现都是在恒星系统的(de)尺(chǐ)度当(dāng)中，可当我们上(shàng)升(shēng)到(dào)星系或者是(shì)星(xīng)团的尺度，事情就开(kāi)始(shǐ)变得诡异了(le)。

1933年，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨(cí)兹威(wēi)基正在研究和测量(liàng)后发星系团的质量。这是一个由数(shù)千个星(xīng)系(xì)所组成的(de)巨大星(xīng)系团，这些星(xīng)系(xì)被引力(lì)束缚在一起。测量星系团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结果(guǒ)一致，就可以确(què)定其(qí)质量的范围。

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

第二种是动力(lì)学质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个(gè)星系相(xiāng)对于星系团的运动速度(dù)。当测(cè)量结(jié)果出(chū)来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光(guāng)度学质量”的(de)400倍。这意味着(zhe)，后发座星(xīng)系团(tuán)有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我(wǒ)们无法看到。最(zuì)诡异的是(shì)，在测(cè)量速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理(lǐ)论(lùn)上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的运动学(xué)定律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所产生的引力是无法将它们束缚(fù)在(zài)星系(xì)团内的(de)，它(tā)们早就应该被抛出星系团之外了，除非有一(yī)种神秘(mì)的力量在起作(zuò)用，这种力量来源于(yú)某种(zhǒng)隐形(xíng)的(de)物(wù)质。

据此，兹(zī)维基(jī)提出了这样部分不(bù)可(kě)见的暗(àn)质，它(tā)不发散光、吸光、反射光，但是(话说三遍淡如水下一句是什么意思，话说三遍淡如水下一句是什么成语shì)它(tā)们却(què)占据着(zhe)宇(yǔ)宙中绝大部分的质量(liàng)。只是当(dāng)话说三遍淡如水下一句是什么意思，话说三遍淡如水下一句是什么成语时的人们对(duì)这样的一种说法不(bù)屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个词(cí)才再(zài)一(yī)次出(chū)现。天文学(xué)家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系(xì)中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星在其轨道(dào)上的运行速度就会越慢。但是(shì)他们观测(cè)的结果却(què)让(ràng)人感到不可(kě)思议(yì)。

随着与中心距离的增加，恒星的旋转速(sù)度几(jǐ)乎保持(chí)不变。可(kě)是根据(jù)牛顿的万有引(yǐn)力定律，在星系(xì)当中如果(guǒ)没有足够大(dà)的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外围的恒星早(zǎo)就被甩到(dào)宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基于这种(zhǒng)现象，科学家们会使(shǐ)用一种(zhǒng)相对标准的(de)方法来解释暗物质的存在，这(zhè)种方法就是测(cè)量星系当中气(qì)体在X轴上距(jù)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(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通(tōng)过(guò)射(shè)电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系中心(xīn)更远距(jù)离的氢元素，发现它们(men)的旋转速度并不符合牛(niú)顿的力(lì)学(xué)定(dìng)律。我们(men)的太阳系也不例外，太阳系位于银河系的(de)第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有引力(lì)定律进(jìn)行计算，太阳系的(de)运(yùn)行速度(dù)应该(gāi)是160千米(mǐ)/秒，但实际上，太阳(yáng)系(xì)正在(zài)以220千米/秒的速度围(wéi)绕银河(hé)系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大(dà)于理论(lùn)速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心(xīn)加速度的原因很可能就(jiù)是存(cún)在着一种我们看不(bù)到的物质，是这些暗(àn)物(wù)质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚(jù)集在(zài)了(le)一(yī)起。

也是从这时开始，越(yuè)来越多的(de)研究人(rén)员(yuán)开始相(xiāng)信暗物质的存(cún)在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质量的85%。但(dàn)是，暗(àn)物质并不是(shì)唯(wéi)一可以解释这(zhè)个现象(xiàng)的原因。在一(yī)项新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引(yǐn)力(lì)效(xiào)应的遥远(yuǎn)恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现(xiàn)速度上的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了一个反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大小和银河(hé)系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理论上，该(gāi)星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析(xī)。但(dàn)是科学家们使用最先进(jìn)的望远镜对其(qí)进行了40个(gè)小(xiǎo)时的(de)详细(xì)测(cè)量之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可(kě)以用正常的物质和(hé)力学定律(lǜ)来解释的。那么又(yòu)有人提出，也(yě)许(xǔ)该(gāi)星系的(de)暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有任何(hé)星系存在。造成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的(de)假说之外，另一(yī)种可能就是人(rén)类对引力的(de)理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引(yǐn)力(lì)很可能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同(tóng)的(de)，这意(yì)味着在行(xíng)星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星团的(de)尺度，引力之间的相互(hù)作用(yòng)则(zé)是不同(tóng)的(de)方(fāng)式(shì)。对(duì)于(yú)在(zài)星系团之(zhī)间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外部场效应的概(gài)念，指的是在数百(bǎi)万光(guāng)年的规(guī)模上，巨大的质量之(zhī)间会产(chǎn)生对彼(bǐ)此特殊的(de)效果，这个理论叫(jiào)做MOND蒙德理论(lùn)。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这(zhè)意味着我们需(xū)要对(duì)现在(zài)的物理定律进行修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人(rén)认为暗(àn)物质假说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当中还有关于暗物(wù)质存在的其他的理(lǐ)论(lùn)证据，这些(xiē)理论证据(jù)是蒙(méng)德理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹星系团，由两个碰撞的星(xīng)系(xì)团(tuán)所组成，类似这样的星团(tuán)，它们大部分(fēn)的普通(tōng)质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中。当(dāng)星团以1000万公里/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的急(jí)剧升高，速(sù)度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰撞之(zhī)后，子弹(dàn)星(xīng)系团大部分的质量将位于所有这些气体所(suǒ)在的中(zhōng)间区域。那么(me)我们通过什么来(lái)验证它的(de)质量区域到底是(shì)不是集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯韦(wéi)伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一张(zhāng)全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片，在照片中我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大(dà)的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被(bèi)扭曲了(le)，也(yě)不是(shì)韦(wéi)伯(bó)望远镜出了什么问题，而是(shì)这(zhè)样极(jí)遥远的天体和(hé)我们地(dì)球上的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的(de)东西的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系(xì)的光都发生了扭曲。这个现(xiàn)象就(jiù)是引(yǐn)力(lì)透镜效(xiào)应。这个巨大(dà)的天体可能是超(chāo)大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大质量区域并不是在中间，而(ér)是在(zài)两(liǎng)侧。所以最好的解释方法就是当星团发(fā)生全部的(de)碰撞时，可(kě)被观测到的质量气体(tǐ)被(bèi)卡在了中间，暗(àn)物质则(zé)直(zhí)接通过了这个区(qū)域(yù)，并在两边形成了(le)引力透镜。对子弹星系团的引力透镜研究也被认(rèn)为是暗物(wù)质存在的(de)迄今为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后(hòu)，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅(chàng)通无阻(zǔ)地穿(chuān)越在(zài)宇宙当中了。经过了(le)130多(duō)亿年之后，这些光在宇宙空间背(bèi)景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波(bō)辐射。其中红色的部分表示温(wēn)度较高的(de)区域(yù)，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但实(shí)际上它们(men)之(zhī)间的温差(chà)只有万(wàn)分之一。

科学家们通过对前景背(bèi)景分离后(hòu)的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连(lián)通域提取和标记之后(hòu)发(fā)现，如果宇宙当中(zhōng)没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看(kàn)起来不应该是这样的，而(ér)随着暗物质的增加，一(yī)些峰(fēng)值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的(de)暗物(wù)质大约是普(pǔ)通(tōng)物(wù)质的(de)5倍。这个(gè)数字与解(jiě)释(shì)星系当(dāng)中恒星运(yùn)动所需要的暗物(wù)质比例是一致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解释了很多不同的(de)观测(cè)结果。而(ér)暗物质(zhì)的(de)本质就是宇宙当中存在(zài)着某种(zhǒng)类(lèi)型(xíng)的粒子，它们(men)不参(cān)与任何其(qí)他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相互(hù)作(zuò)用。所以如(rú)果能够(gòu)找(zhǎo)到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗(àn)物质存(cún)在的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到底是(shì)什么(me)？科学家们已经提(tí)出了数十种的(de)假想目(mù)标(biāo)，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实(shí)验方(fāng)式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几(jǐ)十(shí)年当中，人类为了寻(xún)找(zhǎo)这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到，几乎不(bù)会与常规物质相互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经(jīng)进(jìn)行(xíng)了超过(guò)50次的实验，却(què)没有任何实质性的发现，除了一个地方，意大利的格(gé)兰萨索山，隶属(shǔ)于(yú)阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山(shān)下1400米(mǐ)处的(de)地下矿(kuàng)井当中，藏着地(dì)球(qiú)上最大的地学实验室(shì)，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里(lǐ)有一个三(sān)层楼高(gāo)的探测器(qì)，一直致(zhì)力于寻找暗物质(zhì)粒子的(de)周期(qī)性震荡(dàng)。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称观测到(dào)了某种信号。经过了(le)20多年的数据收集，人(rén)们发(fā)现了(le)一个有趣的事情。探测率会在(zài)每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是(shì)为什么(me)暗(àn)物质会产生(shēng)周(zhōu)期性的(de)年度信号呢？刚(gāng)才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的(de)速度围(wéi)绕(rào)着银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存在宇宙当中(zhōng)，这(zhè)意味着我们也在(zài)以这样的速度在穿越着暗物(wù)质流，这个(gè)过程中会产生相应的(de)振荡(dàng)，同时(shí)地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有(yǒu)半年的时间，地球(qiú)围绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一(yī)致的，而另外半年(nián)则(zé)与之相反。

而在6月份的时(shí)候，地球与太阳(yáng)的方(fāng)向正好达(dá)到完(wán)全一致，这是理论(lùn)上地球穿越暗物质流最快(kuài)的时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值。尽管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面(miàn)呈现了(le)60度(dù)的倾(qīng)斜，但(dàn)是(shì)这并不影响这个理论的有效(xiào)性。

因此科学家认为(wèi)这可(kě)以用来解(jiě)释，研究人员(yuán)们所观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当(dāng)然也可能(néng)有其他的情况，造成这种年(nián)度周期(qī)信号的差(chà)异也可能是温度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分(fēn)、高山上的积(jī)雪，甚至连意大利游(yóu)客(kè)的数量也符合这个周期的规律(lǜ)。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎(hū)相同的实验(yàn)室(shì)，这(zhè)里的季节与之前的实验室正好相反，而在(zài)这里，地球(qiú)穿(chuān)过暗(àn)物质流的运动特征和(hé)第一个实验室(shì)是一样(yàng)的。

因此，如果在这里(lǐ)可以(yǐ)得到相(xiāng)同(tóng)的信号，就可以成为暗物质(zhì)所存(cún)在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至目前还无法(fǎ)提供相应的数据支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射(shè)一台(tái)新(xīn)的望远镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈勃望远镜(jìng)相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其中一个(gè)关键的用(yòng)途(tú)就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果(guǒ)，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现，如果(guǒ)暗物质(zhì)存在，它们极有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种神秘的效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会支持宇宙当(dāng)中生命的诞(dàn)生，或者说是生(shēng)命进化(huà)的一个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布宇宙当中的(de)暗物质(zhì)会不会意味着人类并(bìng)不孤单(dān)呢？或许在(zài)宇(yǔ)宙当中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过这样的(de)效应创造(zào)生命。当然(rán)，这些推论的(de)大前提是(shì)要先找到暗物质存在的(de)实际(jì)证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到(dào)底(dǐ)存不存(cún)在呢(ne)？喜欢请(qǐng)点赞，你的支(zhī)持是(shì)我(wǒ)更新的动力！

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